AK Fragen Flashcards
Was sind die vier Hauptaufgaben des Einspritzsystems beim Dieselmotor?
- Förderung/Hochdruckerzeugung
- Zeitliche Steuerung der Einspritzung
- Regelung der Einspritzmenge
- Gleichzuteilung (Mehrzylinder)
Nennen sie die zwei Hauptarten von Diesel-Einspritzdüsen
- Mehrlochdüse
- Drosselzapfendüse
Skiziere den Verlauf des Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis für Gleichraum, Gleichdruck und Seiliger Prozess
Welche drei wesentlichen Schadstoffkomponenten gibt es beim Otto-Motor und verändert sich der Mengenanteil, beil einer Erhöhung des Luftverhältnisses um 10%?
- NOx (Lambda -10% (sinkt), Lambda # 10% (steigt)
- HC ( steigt, sinkt)
- CO (steigt, sinkt)
Geben sie drei Ursachen für den niedigeren spezifischen Brennstoffverbrauch eines Dieselmotors im Vergleich zum Ottomotor an
- Hohes Luftverhältniss und damit günstigere Stoffwerte, hohe cp/cv, geringere Wärmeübergangverluste
- hohes Verdichtungsverhältnis
- geringere Ladungswechselverluste
- steilere Umsatzrate
Für welche Eigenschaft eines Ottokraftstoffs dient die Oktanzahl als Maß? Wie ist sie definiert?
-Klopfsteifigkeit
–> OZ gibt an, wie viel V% Iso-Oktan eine Mischung aus Iso-Oktan und n-Heptan enthält, die dieselbe Klopfintensität verursacht, wie der zu prüfende Kraftstoff
Skizzieren Sie in den unten stehenden Diagrammen den Verlauf der mittleren
Flammengeschwindigkeit und des Brennverzugs in Abhängigkeit vom Luftverhältnis.
Welche Auswirkung haben diese Verläufe auf die Einstellung des Zündwinkels, um auch
bei magerem Gemisch einen wirkungsgradoptimalen Verbrennungsablauf zu realisieren?
Begründen Sie ihre Antwort.
Was versteht man unter dem Begriff innere AGR und über welche Kenngröße ist diese
definiert (Formel angeben)? Nennen Sie zwei Einsatzzwecke der inneren AGR.
Nennen Sie die drei Betriebsstrategien eines direkteinspritzenden Ottomotors
Benennen Sie ein kantengesteuertes sowie zwei zeitgesteuerte Einspritzsysteme beim
Dieselmotor. Erläutern Sie für jedes System, ob es sich um eines mit einspritzsynchroner
oder eines mit (quasi-)kontinuierlicher Druckerzeugung handelt. Welches Diesel-
Einspritzsystem ist das flexibelste bezüglich Anzahl und Zeitpunkt der Einspritzungen?
Zählen Sie die vier Hauptaufgaben des Einspritzsystems beim Dieselmotor auf
- Förderung/Hochdruckerzeugung
- Zeitliche Steuerung der Einspritzung
- Regelung der Einspritzmenge
- Gleichzuteilung (Mehrzylinder)
Was ist die Cetanzahl und wie ist diese definiert?
- Maß für die Zündwilligkeit
–> gibt an, wie viel Volumenprozent Cetan eine Mischung aus Cetan (zündwillig) und α-Methylnaphtalin (zündunwillig) enthält, die in einem genormten Prüfdieselmotor denselben Zündverzug wie der betrachtete Kraftstoff aufweist.
Skizze Zylinderdruckverlauf eines Otto-2Takt-Hubkolbenmotor im pV-Diagramm. Kennzeichne (Umgebungsdruck, Zylinderdruck,Hubvolumen, Kompressionsvolumen sowie Eö, Aö, Es, As
Gib qualitatativ die Verläufe der Mengenanteile von NOx, CO, HC und der Schärzungszahl von Ruß in Abhängigkeit des Luftverhältnisses an für einen DM ohne ARG
Partikelfilter werden beim Dieselmotor zur Verringerung der Rußemissionen eingesetzt. Bitte
nennen Sie zwei mögliche Filtermaterialien und zwei mögliche Bauarten von Partikelfiltern.
Filtermaterialien:
- Keramik
- Sintermetall
Bauarten:
- offen
- geschlossen
Für einen Dieselmotor
- Spitze bei 0,85
- induzierte Mitteldruck bei Lambda = 0,7 größer als bei Lambda = 1,2
- bei L = 0,85 ist Flammengeschwindigkeit am größten
- -> reale Verbrennung an ähnlichten zum Gleichraumproezss
Wie wird die Kettenreaktion von NO bezeichnet? Geben sie die beiden Reaktionsgleichungen an.
–> Zeldovich-Kettenreaktion
N2 + 0 >< NO + N
O2 + N >< NO + O
Beschrifte die Abbildung und nenne zwei Schwierigkeiten
beim Einsatz eines NOX-Speicherkatalysators zur Abgasnachbehandlung.
- thermische Beständigkeit der Adsorber Katalysatoren muss verbessert werden
- H2S-Bildung bei Regeneration
- Wechsel zwischen magerem und fettem Betrieb erfordern eine programmieraufwändige Motorsteuerung
Externe Rückführung von gekühltem Abgas ist beim Dieselmotor Stand der Technik. Die Entstehung
welcher Abgaskomponente wird durch das rückgeführte Abgas gehemmt. Erklären Sie
kurz die Wirkweise.
–> Stickoxdie NOx werden gehemmt
Erhöhung des Abgasanteil am Frischgemisch führt zur Absenkung der Verbrennungstemperatur, einem Absinkn der O2 Konzentration im Brennraum und damit zu einer Verringerung der NOx Bildung
Erkläre den Unterschied zwischen Desachsierung und Schränkung des Kurbeltriebs
Desachsierung: Versatz der Kurbelwelle zur Zylinderachse
Schränkung: Versatz des Kolbenbolzens zur Zylinderachse
Def. Drall und Tumble. Erkläre den Einfluss eines höheren Tumbles beim Ottomotor auf die Verbrennung und den Wirkungsgrad
Drall: drehende Ladungsbewegung um die Zylinderachse
Tumble: drehende Ladungsbewegung senkrecht zur Zylinderachse
Ziel:
- Erhöhung des Turbulenzniveaus und somit Beschleunigung des Brennstoffumsatzes
- Erhöhung des Wirkungsgrades
Stellen Sie qualitativ den Einfluss einer Voreinspritzung auf den Zylinderdruck und auf die Umsatzrate
bei der Dieselverbrennung dar. Tragen Sie dazu jeweils den Kurvenverlauf mit und ohne
Voreinspritzung in die nachfolgenden Diagramme ein. Benennen Sie außerdem jeweils einen Vorund
Nachteil der Voreinspritzung in Bezug auf die Dieselverbrennung
Vorteil:
- kleinerer Druckgradient- weichere Verbrennung/Reduktion Verbrennungsgeräusch
- Reduktion NOx durch gerine Temperatur
Nachteil:
- Höhere Partikelemission aufgrund verkürzter Gemischbildungszeit und Luftmangel während Verbrennung
- Höherer Kraftstoffverbrauch
In welche beiden Geschwindigkeitsbeträge kann die Brenngeschwindigkeit wB zerlegt werden?
Nennen Sie insgesamt vier Faktoren (Motorgeometrien oder Betriebsparameter), welche die Flammengeschwindigkeit
beeinflussen
wB = WBL + WBT
Brenngeschw. = laminare Brenngeschw. + turbulente Brenngeschw.
- Brennraumform
- Einlasskanalgeometrie
- mittlere Kolbengeschw.
- Luftverhältnis
- Restgasgehalt
Beschrifte die Abbildung. Welche Art der Gemischbildung liegt vor?
-äußere Gemischbildung
Nenne zwei verschiedene Möglichkeiten für das Kühlsystem von Verbrennungsmotoren. Gib jeweils an, ob es eine direkt, oder indirekte Form ist
Luftkühlung ! direkt
Flüssigkeitskühlung! indirekt
Erläutern Sie die Unterschiede zwischen einer inneren und einer äußeren Abgasrückführung.
Erklären Sie zusätzlich die Wirkweise einer Abgasrückführung auf die NOX-Emissionen.
Eine Innere Abgasrückführung wird über eine Ventilüberschneidung im
Ladungswechsel-OT erreicht. Dabei erhöht sich der Restgasanteil im Zylinder.
Bei einer Äußeren Abgasrückführung wird gekühltes Abgas mittels elektrisch oder über Saugrohrunterdruck aktuierte Ventile in den Ansaugkanal geleitet.
Wirkweise auf NOX-Emissionen: Durch den steigenden Inertgasanteil im Brennraum
sinken die Verbrennungstemperaturen und die Sauerstoffkonzentration. Beides
hemmt die Entstehung von Stickoxiden.
Die beiden dargestellten Einspritzdüsen gehören zu der Gruppe der Mehrlochdüsen. Bitte benennen
Sie beide Düsen und geben Sie an, bei welchem Einspritzverfahren diese hauptsächlich
eingesetzt werden.
Fülle die Tabelle aus
Benennen und markieren Sie in der unten stehenden Brennraumskizze mögliche Quellen für HCEmissionen
am Ottomotor.
Erklären Sie den Unterschied zwischen Luftaufwand und Liefergrad in Worten.
Der Luftaufwand ist ein Maß für die dem Motor zugeführte Frischladung.
Der Liefergrad ist ein Maß für die im Zylinder nach Abschluss des Ladungswechsels verbleibende
Frischladung.
Superkraftstoff hat eine niedrigere Klopffestigkeit als Methan. Erklären Sie kurz in welche Richtung
der Zündzeitpunkt mit Superkraftstoff im Vergleich zu Erdgas verschoben werden muss,
um das Klopfen zu reduzieren. Nennen Sie außerdem vier Einflüsse auf den Prozess durch die
Verschiebung des Zündwinkels in die genannte Richtung.
Der Zündwinkel muss in Richtung spät verstellt werden 0.l5
Einflüsse:
Späterer Verbrennungsschwerpunkt
Der Spitzendruck sinkt.
Die Spitzentemperatur sinkt.
Die Abgastemperatur steigt.
Der Wirkungsgrad wird niedriger.
Geben Sie qualitativ die Verläufe der Konvertierungsraten der Schadstoffkomponenten NOX, CO
und HC eines 3-Wege-Katalysators in Abhängigkeit vom Luftverhältnis an. Geben Sie dabei sinnvolle
Werte für das Luftverhältnis und die Konvertierungsrate an.
Bei Ottomotoren mit Magerkonzept werden zwei verschiedene Abgasnachbehandlungssysteme
zur Verringerung der NOX-Emissionen eingesetzt. Nennen Sie diese zwei Systeme und erklären
Sie die Wirkprinzipien.
NOX-Speicherkat:
Der NSK entspricht in wesentlichen Bestandteilen der konventionellen 3-Wege Katalysator-Technologie, wobei zusätzlich eine Speicherfunktion für NOX realisiert wurde.
Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, NOX bei überstöchiometrischem Motorbetrieb
zwischen zu speichern und in kürzeren unterstöchiometrischen Betriebsphasen wieder umzusetzen.
SCR
Im SCR-Katalysator werden Stickoxide unter Anwesenheit von Ammoniak, welches in
Abhängigkeit von den emittierten Rohemissionen in den Abgasmassenstrom eingebracht
werden muss, im Katalysator reduziert. Es entstehen Wasser und Stickstoff.
Kontinuierlich / Anwesenheit von Ammoniak 0,l5
Es entstehen Wasser und Stickstoff
Um einen vollständigen Rußabbrand in einem Dieselpartikelfilter sicherzustellen, müssen zusätzliche
Maßnahmen ergriffen werden. Nennen Sie jeweils zwei aktive und zwei passive Maßnahmen
zur Unterstützung der Regeneration des Partikelfilters.
Aktiv: Anhebungs der Abgastemperatur durch:
- Ansauglust- und Abgasdrosselung
- Verschiebung des Einspritzbeginns/Merhfacheinspritzung
- Sekundärenergiezufuhr im Filter (Brenner, elektrische Heizung)
Passiv: Senkung der Rußzündungstemperatur druch:
- Einsprühen von chemischen Zünd- Brennhilfen in das Abgas
- Katalytische Filerbeschichtungen
- Kraftstoffzusätzt (Additive)
Stellen Sie im unteren Diagramm schematisch den Zylinderdruckverlauf im Ottomotor ohne Zündung,
bei Glühzündung (vor und nach Zündzeitpunkt) und bei klopfender Verbrennung dar. Beschreiben
Sie desWeiteren die Ursache und die Auswirkung sowie die wesentlichen Unterschiede
zwischen den beiden Arten der anomalen Verbrennung.
Klopfende Verbrennung:
-Selbstzündung im noch unverbrannten Gemisch
–> detonationsartigen Ausbreitung der Verbrennung
Glühzündung:
-Entflammung des Brennstoff-Luft-Gemisches an heißen Stellen
–> schnellere Verbrennung
Unterschied:
- bei Glühzundung gibt es nur eine Deflagration
- -> schnellere Flammenausbreitung bei Zündung
–> Druckverläufte sind ähnlicher einer normalen Verbrennung nciht klopfende Glühzündung)
–> durch Glühzündung kann es zu kopflenden Verbrennung kommen (klopfende Glühzündung)
Nennen Sie vier motorische Einflüsse die das Klopfen fördern
hoher Druck und hohe Temperatur im unverbrannten Gemischrest
Annäherung an das stöchiometrische Luftverhältnis (lambda = 1)
hoher Restgasanteil (heißes Restgas aus vorheriger Verbrennung)
Inhomogenitäten in der Restgas- und Kraftstoffverteilung
langsamer Prozessablauf (da lange Vorreaktionszeit im Restgemisch)
niedrige Oktanzahlen ROZ des Brennstoffes
Definieren Sie die Begriffe Exergie und Anergie. Nennen Sie zwei Beispiele für reine Exergieströme
bei der Exergiebilanz eines Verbrennungsmotors
Exergie: In beliebige andere Energieform wandelbare Energie.
Anergie: Nicht in Exergie rückwandelbare Energie.
Brennstoff + Luft (Exergie)
Leistung (Exergie)
Tragen Sie im unteren Diagramm den jeweiligen Kraftstofftyp ein. Geben Sie zusätzlich mit je
einem Beispiel an, wie sich eine zu hohe 10 %, 50 % und 90 % Verdampfungstemperatur von
Ottokraftstoff auf den Motorbetrieb auswirkt.
10 %-Punkt zu hoch:
- schlechter Kaltstart
50 %-Punkt zu hoch:
- schlechtes Übergangsverhalten bei kaltem Motor
90 %-Punkt zu hoch:
- Motorölverdünnung
- Rückstandsbildung im Brennraum (z. B. Ruß)
Nennen Sie drei Aufgaben des Zündsystems beim Ottomotor. Erläutern Sie die Begriffe “heiße“
und “kalte “ Zündkerze
- *Aufgaben:**
- Bereitstellung der Zündenergie
- Erzeugung der erforderlichen Zündspannung
- Zeitliche Steuerung der Zündung (Zündzeitpunkt)
- Erzeugung eines Zündfunkens mit definierter Funkendauer
Heiße Kerze: hohe Wärmewertkennzahl, Zündkerze mit langem Isolatorfuß, großer wärmeaufnehmender
Oberfläche, geringer thermischer Belastbarkeit, schnellem Erreichen der
Selbstreinigungstemperatur.
Kalte Kerze: niedrige Wärmewertkennzahl, Zündkerze mit kurzem Isolatorfuß, kleiner
wärmeaufnehmender Oberfläche, hoher Sicherheit gegen Glühzündungen, Gefahr der Verschmutzung.
Nennen Sie die drei Klassifizierungen des Brennverfahrens für direkteinspritzende Ottomotoren
bei geschichtetem Betrieb.
- Luftgeführt
- Strahlgeführt
- Wandgeführt
Welche weiteren Maßnahmen zum schnellen Aufheizen des Drei-Wege-Katalysators gibt es neben
der Spätverstellung des Zündwinkels und der elektrischen Beheizung des Katalysators? Nennen
Sie zwei weitere indirekte und zwei direkte Maßnahmen.
Indirekte Maßnahmen:
- Anfettung
- Sekundärlufteinblasung
Direkte Maßnahmen:
- Motornaher Katalysator
- Startkatalysator
- (Gradientenbeschichtung)
Eine ausreichend hohe Ladungsbewegung ist Voraussetzung für eine stabile Verbrennung.
Die Ladungsbewegung kann nach Art der Ausrichtung unterschieden werden. Bitte
benennen Sie die zwei folgenden Hauptströmungsformen und ordnen Sie diese jeweils dem
Otto- bzw. Dieselmotor zu
Wirbel um Zylinderachse:
Wirbel senkrecht zur Zylinderachse:
Drall, Dieselmotor
Tumble, Ottomotor
Nennen Sie zwei Randbedingungen bzw. Auslegungsparameter, welche die Klopfneigung eines Motots steigern
- Erhöhtes Verdichtungsverhältnis
- Frühe Zündung –> p ↑
- Erhöhte Gemischtemperatur
- Erhöhte Motor- (Kühlmittel-)temperatur
- Hohe Last
- Größerer Brennraum –> Brenndauer↑ –>Verweilzeit↑
Wieso ist die höchstmögliche Leistung eines, direkteinspritzenden Diesel-Saugmotors geriner als jene eines gemischansaugenden Ottomotors.
Das Hubvolem ist bei beiden identisch. Welche ist die bekanntest Maßnahme um diesem Nachteil entgegenzuwirken?
Beim Dieselmotor ist das Verhältnis von Drehzahl zu Mitteldruck niedriger als beim
Ottomotor. Der Grund dafür liegt in der Begrenzung der Drehzahl durch die
Gemischaufbereitung, konkret dem Zündverlauf (Zündverzug des Dieselkraftstoffes.
–> Die bekannteste Maßnahme zur Leistungssteigerung ist die Turboaufladung
Erklären Sie die Kenngrößen stöchiometischer Luftbedarf und Luftverhältnis in Worten
Stöchiometrischer Luftbedarf: Der stöchiometrische Luftbedarf kann aus den Massenanteilen der im Brennstoff enthaltenen Elemente berechnet werden. Er beschreibt die notwendige Luftmasse, um den jeweiligen Brennstoff vollständig in CO2 und H2O umzusetzen.
Luftverhältnis: Das Luftverhältnis λ beschreibt das Verhältnis zwischen tatsächlich im Brennraum vorhandener Luftmasse und dem stöchiometrischem Luftbedarf.
Nennen sie vier innermotorische Maßnahmen zur Absenkung von Partikelemmisionen beim Dieselmotor
- Verstellung des Einspritzzeitpunktes nach Früh
- Erhöhung des Einspritzdrucks,
- Mehrfacheinspritzung
- Anpassung des Strahlbilds
- Erhöhung des Dralls (Ladungsbewegung),
- Absenkung des Verdichtungsverhältnisses,
- Aufladung
Begründgen Sie für den Ottomotor typischen NOx - Verlauf in Abhängigkeit des Luftverhältnisses anhand der gemessen NOx-Rohemissionen
NOx Peak: bei einem leicht überstöchiometrischen Luftverhätnis (L = 1,1), da sowohl hohe Temperaturen als auch Sauerstoffüberschuss zur NOx Bildung notwendig sind
–> sinkende Emissionen im fetten (L<1,1),aufgrund von O2 Mangel
–> sinkende Emissione im mageren (L>1,1) aufgrund geringerer Temperaturen
Zeichnen Sie den qualitativen Verlauf der Massen- und Gaskräfte als Funktion des Kurbelwinkels für einen drosselklappengeregelten Vier-Takt-Motor welcher in der Teillast betrieben wird. Kennzeichnen Sie in Ihrem Diagramm die resultierende Gesamtkraft.
Skizzieren Sie einen typischen Brennraum eines direkteinspritzenden Dieselmotors mitvzentraler Injektorlage. Deuten Sie mit Hilfe von Vektorpfeilen die Ladungsbewegung an und nennen Sie die für Dieselmotoren angestrebte Ladungsbewegung.
Zeichnen Sie für einen Dieselmotor die qualitative Umsatzrate dṁB/dα des Kraftstoffes als Funktion des Kurbelwinkels. Unterscheiden Sie hierbei zwischen eingespritztem und verbranntem. Kennzeichnen Sie den Zündverzug und definieren Sie diesen in eigenen
Worten.
Zündverzug: Der Zündverzug ist in der Praxis die Zeit, die zwischen dem Einspritzbeginn und dem ersten durch die Verbrennung bedingten messbaren Druckanstieg liegt. (1)
Zeichnen Sie den Zylinderdruckverlauf eines ungefeuerten, sowie eines klopfenden Ottomotors als Funktion des Kurbelwinkels. Geben Sie sinnvolle Werte für die Achsen an und kennzeichnen Sie den Zündzeitpunkt.
Welche Parameter lassen sich über eine vollvariable Ventilsteuerung einstellen und was ist der hauptsächliche Vorteil im ottomotorischen Betrieb?
Bei einer vollvariablen Ventilsteuerung können Sie die Steuerzeiten der Ventile sowie deren Hub in den motorisch sinnvollen Bereichen frei eingestellt werden. Der größte Vorteil besteht in der Wirkungsgradsteigerung durch Entdrosselung der Ansaugstrecke im Ottomotor.
Abgasnachbehandlungssysteme zur Verminderung der NOx-Emissionen bei Dieselmotoren werden nach ihrer Wirkungsweise in zwei Gruppen aufgeteilt. Nennen Sie diese beiden Gruppen sowie jeweils ein Beispiel. Erklären Sie für diese Beispiele kurz das Wirkprinzip.
NOx-Speicherkat // diskontinuierlich bzw. intermittierend:
Der NSK entspricht in wesentlichen Bestandteilen der konventionellen 3-Wege-Katalysator- Technologie, wobei zusätzlich eine Speicherfunktion für NOx realisiert wurde. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, NOx bei überstöchiometrischem Motorbetrieb zwischen zuspeichern und in kürzeren unterstöchiometrischen Betriebsphasen wieder umzusetzen.
Im SCR-Katalysator werden Stickoxide unter Anwesenheit von Ammoniak, welches in Abhängigkeit von den emittierten Rohemissionen in den Abgasmassenstrom eingebracht
werden muss, im Katalysator reduziert. Es entstehen Wasser und Stickstoff. (1)
Welche physikalische Bedeutung hat der Luftaufwand in diesem Fall. Nennen Sie die Zündgrenzen für den homogen betriebenen Ottomotor. Erläutern Sie wie der Ottomotor über die Zündgrenze hinaus weiter abgemagert werden kann.
Der Luftaufwand ist in diesem Fall ein Maß für die Drosselung in der gesamten Ansaugstrecke. (egal)
Der Motor wird durch eine späte Einspritzung geschichtet betrieben, sodassein zündfähiges Gemisch an der Zündkerze vorliegt.
Skizzieren Sie qualitativ den Verlauf der HC, CO und NOx Rohemissionen über dem Luftverhältnis λ für einen homogen betriebenen Ottomotor in dem nachfolgenden Diagramm.
Welche weiteren Maßnahmen zum schnellen Aufheizen des Drei-Wege-Katalysators gibt es neben der Spätverstellung des Zündwinkels? Nennen Sie zwei weitere indirekte und zwei direkte Maßnahmen
Indirekte Maßnahmen: Anfettung, Sekundärlufteinblasung
Direkte Maßnahmen: Motornaher Katalysator, Startkatalysator
(ebenfalls möglich: Elektrisch beheizter Katalysator, Gradientenbeschichtung, …)
Welchen Einfluss hat eine erhöhte Ladungsbewegung auf die Verbrennung und den Innenwirkungsgrad Ni?
Erhöhung des Turbulenzniveaus
–> Beschleunigung des Brennstoffumsatzes
–> Erhöhungs des Innenwirkungsgrades Ni
Nennen Sie vier Möglichkeiten die Schadstoffemissionen bei einem Ottomotor innermotorisch zu beeinflussen.
- Gemisch (Lamda) Einstellung (bis hin zum Magerkonzept)
- Abgasrückführung
- Brennraumform, Ladungsbewegung
- Zündung (Zündzeitpunkt und Zündsystem)
- Turboaufladung
Zeichnen Sie qualitativ einen Gleichraum-Atkinson-Prozess (verlängerte Expansion) in ein p,v-Diagramm ein. Zur Beschreibung welcher realen Prozesse wird der Atkinson- Prozess verwendet?
Der Atkinson-Prozess dient als Vergleichsprozess für Motoren mit verlängerter Expansion
Welche Parameter lassen sich über eine vollvariable Ventilsteuerung einstellen und was ist der
hauptsächliche Vorteil im ottomotorischen Betrieb (Saugmotor)? Nennen Sie drei Systemtypen
zur technischen Umsetzung eines variablen Ventiltriebs.
Bei einer vollvariablen Ventilsteuerung können die Steuerzeiten der Ventile sowie deren Hub in den motorisch sinnvollen Bereichen frei eingestellt werden. Der größte Vorteil besteht in der Wirkungsgradsteigerung durch Entdrosselung der Ansaugstrecke im Ottomotor.
Typen zur technischen Umsetzung eines variablen Ventiltriebs:
mechanische Systeme
elektrohydraulische Systeme
elektromechanische Systeme
Erklären Sie den Begriff Zündverzug beim Dieselmotor und geben Sie an, in welche zwei Kategorien die Gemischaufbereitungsvorgänge zusammengefasst werden können.
Der Zündverzug ist in der Praxis die Zeit, die zwischen dem Einspritzbeginn und dem ersten durch die Verbrennung bedingten messbaren Druckanstieg liegt. Die während des Zündverzugs stattfindenden Gemischaufbereitungsvorgänge können zusammengefasst
werden in:
physikalische Vorgänge (Zerstäubung, Verdampfung und Mischung bis zur Bildung
eines zündfähigen Gemisches an einzelnen Stellen)
chemische Vorgänge (Vorreaktion im Gemisch bis zur Selbstzündung)
Welche Einstellungen und Größen müssen bei der Aufnahme einer Fischhakenkurve konstant gehalten werden?
Zeichnen Sie den qualitativen Verlauf einer Fischhakenkurve in das untenstehende Diagramm ein.
Beschriften Sie dabei die Achsen und geben Sie sinnvolle Einheiten an. Benennen Sie die beiden gestrichelten Linien. Welcher Motorparameter wird entlang der Fischhakenkurve variiert?
Nennen Sie drei betriebstechnische Voraussetzungen, welche für den optimalen Einsatz des 3-Wege-Katalysators erfüllt sein müssen.
Präzise Lamda-Regelung 0; 99 < < 1,003
Energieschwelle der Lamda-Sonde muss überschritten sein (ab 300C)
Der Katalysator muss auf Betriebstemperatur sein (ab 200C)
Warum ist das Verdichtungsverhältnis beim Ottomotor nach oben hin begrenzt?
Wie ist das Verdichtungsverhältnis beim Dieselmotor relativ zum Ottomotor? Warum?
Durch eine zu hohe Verdichtung
steigt die Klopfneigung (oder ungewünschte Selbstzündung)
und damit das Schadensrisiko für den Motor. Beim Diesel lässt sich aufgrund der gewünschten Selbstzündung des Dieselkraftstoffs ein
höheres Verdichtungsverhältnis einstellen.
Zeichnen Sie die Verläufe der jeweiligen Wirkungsgrade über dem Verdichtungsverhältnis. Berücksichtigen Sie dabei drei unterschiedliche Druckniveaus für
den Seiliger-Prozess und geben Sie sinnvolle Werte für die Achsenbeschriftung an.
Nennen Sie drei verschiedene Arten von Brennstoffzellen. Geben Sie darüber hinaus für eine mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle die Reaktionsgleichungen für Anode, Kathode sowie die
Gesamtreaktion an.
Ergänzen sie die nachfolgende Abbildung zu einem seriell-bipolar verschalteten Stack. Zeichnen
Sie mindestens drei Einzelzellen. Zeichnen und benennen Sie auch die Gasströme
Zeichnen Sie die typische Kennlinie des maximalen Drehmoments dieser permanenterregten
Synchronmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl in die gegebene Abbildung. Markieren
Sie den Grunddrehzahlbereich, den Feldschwächebereich sowie den Punkt der Eckdrehzahl und
tragen Sie die Maximalwerte an der richtigen Stelle ein.
Ergänzen sie die nachfolgende Abbildung zu einem seriell-monopolar verschalteten Stack. Zeichnen
Sie mindestens drei Einzelzellen. Zeichnen und benennen Sie auch die Gasströme
Kennzeichnen Sie in der gegebenen Abbildung die Begriffe OT, UT, Vh und Vc und geben Sie die
Formel für das geometrische Verdichtungsverhältnis “ an.
Stellen Sie die Berechnungsformel für den effektiven Wirkungsgrad e eines drosselklappengesteuerten
Ottomotors auf. Gehen Sie hierbei zunächst vom Wirkungsgrad des vollkommenen
Motors Nv aus und benennen Sie die fünf vorhandenen Verlustterme.
Bei welchem Luftverhältnis entstehen beim Ottomotor die höchsten Stickoxid-Rohemissionen im
Abgas? Begründen Sie Ihre Antwort!
Lamda = 1,1
–> hohe Temperauten und ausreichend Sauerstoff im Brennraum
Nennen Sie vier innermotorische Maßnahmen zur Absenkung von Partikelemissionen beim
Dieselmotor.
Verstellung des Einspritzzeitpunktes nach früh
Erhöhung des Einspritzdrucks
Mehrfacheinspritzung
Anpassung des Strahlbilds
Erhöhung des Dralls (Ladungsbewegung)
Absenkung des Verdichtungsverhältnisses
Aufladung
Geben Sie an zur Beschreibung welcher realen Prozesse der Atkinson- und der Miller-Prozess
verwendet werden
Der Atkinson-Prozess dient als Vergleichsprozess für Motoren mit verlängerter Expansion
.
Der Miller-Prozess dient als Vergleichsprozess für Motoren mit
Zwischenkühlung bei der Verdichtung und verlängerter Expansion l
Stellen Sie den Verlauf des Lambdasondensignals eines konventionellen Ottomotors als Funktion
des Luftverhältnisses in unten stehendem Diagramm dar. Die Achsen sind mit sinnvollen Zahlenwerten
zu versehen. Bei der Sondenspannung ist die Einheit anzugeben.
Erklären Sie kurz wie sich der prozentuale Anteil der Reibungsverluste an den Gesamtverlusten
mit steigender Motorlast bei konstanter Drehzahl ändert.
Mit steigender Last erhöht sich der Anteil der Nutzleistung wobei die
absoluten Reibungsverluste nur geringfügig (aufgrund der steigenden Gaskräfte) ansteigen.
Der prozentuale Anteil der Reibungsverluste sinkt demnach.
Zur Reduktion der Klopfintensität wird bei modernen Ottomotoren der Zündzeitpunkt verstellt.
Erklären Sie kurz in welche Richtung der Zündzeitpunkt verschoben werden muss, um das
Klopfen zu reduzieren (Begründung!).
Der Zündzeitpunkt muss in Richtung spät verstellt werden, um den Spitzendruck
abzusenken. Durch den späteren Verbrennungsschwerpunkt
sinkt der Spitzendruck und die Spitzentemperatur der Verbrennung, was die Klopfneigung
des Gemisches reduziert.
Zeichnen Sie den Gleichraumprozess in das untenliegende p-V und T-s Diagramm und markieren
Sie die Zustandspunkte. Zeichnen Sie weiterhin jeweils die abgegebene und zugeführte Wärme
ein. Leiten Sie weiterhin eine Beziehung des Wirkungsgrades des Gleichraumprozesses und des
Verdichtungsverhältnisses her.
Zeichnen Sie in das untenstehende p-v und T-s-Diagramm die Verläufe des Gleichraumprozesses
für eine Wärmezufuhr vor und nach dem oberen Totpunkt ein und kennzeichnen Sie die Verläufe
jeweils. Welchen Effekt hat eine Wärmezufuhr, die nicht im oberen Totpunkt stattfindet auf den
thermischen Wirkungsgrad?
Bitte zeichnen Sie als Referenz jeweils den Gleichraumprozess mit Wärmezufuhr im oberen Totpunkt
ein.
Nennen Sie jeweils zwei Vorteile und zwei Nachteile der Aufladung von Brennstoffzellen
Vorteile:
Höhere theoretische Zellspannung
Schnellere/verbesserte Diffusion
/ Höhere Konzentrations-/Partialdruckdifferenz
Flachere/Langsamer abfallende IU-Kennlinie
/ Höhere Arbeitsspannung
Höhere Temperaturen möglich (durch höheren Siedepunkt)
Nachteile:
Steigende Systemkomplexität
Elektrischer Eigenbedarf des Verdichters
Verunreinigung der Zuluft durch Schmiermittel aus Lager des Verdichters möglich
Nennen und beschreiben Sie die beiden primären Verlustarten der Eisenverluste.
Nennen Sie jeweils eine Maßnahme zur Verringerung der Verluste.
Hystereseverluste : Neuausrichtung der inneren Elementarmagnete verläuft ungleich mit positiver und negativer Magnetisierung, was zu einer Hysterese führt.
Maßnahme: Minimierung durch Materialwahl (weichmagnetischer Werkstoff)
Wirbelstromverluste : Die Änderung des magnetischen Flusses induziert
eine Spannung im Elektroblech. Der dadurch verursachte
Wirbelstrom verursacht ohm’sche Verluste. 0,l5
Maßnahme: Blechung des Eisenkerns
Beschrifte die Abbildung
a) Betrieb im Feldschwächebereich
b) Betrieb im Grunddrehzahlbereich
c) Stromzeiger
d) Drehmoment
e) verketteter magnetischer Fluss
Geben Sie den effektiven Mitteldruck pme eines im Leerlauf laufenden Motors an. Begründen Sie
Ihre Antwort.
pme
pme = pmi - pmr ! Die abgegebene Leistung des Motors ist null, da der indizierte Mitteldruck dem Reibmitteldruck entspricht
Welche Schadstoffkomponenten werden in einem 3-Wege-Katalysator abgebaut?
Weshalb kann der 3-Wege-Katalysator beim Dieselmotor nicht eingesetzt werden?
NOx
HC
CO
–> Diesmotoren werden mit Lambda > 1 betrieben
Erklären Sie den Unterschied zwischen Luftaufwand und Liefergrad. Geben Sie weiterhin die jeweiligen Berechnungsformeln dieser beiden Größen an.
Der Luftaufwand ist ein Maß für die dem Motor zugeführte Frischladung, wogegen der
Liefergrad ein Maß für die im Zylinder nach Abschluss des Ladungswechsels verbleibende
Frischladung ist
La = Mg / Mth
Lt = Mz/Mth
Bei welchem Luftverhältnis entstehen beim Ottomotor die höchsten Stickoxid-Rohemissionen im Abgas? Begründen Sie ihre Antwort!
λ≈1,1 –> hohe Temperaturen und ausreichend Sauerstoff im Brennraum
Welchen Einfluss hat der Beladungsgrad eines Dieselpartikelfilters auf den Abgasgegendruck? Welche Konsequenzen ergeben sich daraus für die Verbrennung?
pAbg↑ mit Beladungsgrad –> schlechterer Ladungswechsel, mehr Restgas, schlechtere Füllung
–> schlechterer Wirkungsgrad des Motors
Nennen Sie die beiden Arten der Lastregelung am konventionellen Verbrennungsmotor und benennen Sie den dazugehörigen Motortyp. Bei welchem Motortyp bleibt das Luftverhältnis annähernd konstant?
Qualitätsregelung: Dieselmotor
Quantitätsregelung: Ottomotor
–> konstant beim Ottomotor
Worauf ist bei einem konventionellen Ottomotor ein Verbrauchsvorteil in der Teillast durch Abgasrückführung zurückzuführen?
Entdrosselung
Zu welchem Zweck wird bei modernen DI-Dieselmotoren eine Voreinspritzung appliziert?
Zur Vermeidung / Verringerung des Dieselschlags (dp/dα ↓)
Nennen Sie drei Gründe, warum man im Vergleich zum konventionellen OttoBrennverfahren mit dem Diesel-Brennverfahren höhere Wirkungsgrade erzielen kann.
Höheres Luftverhältnis und damit bessere Stoffwerte
Höheres Verdichtungsverhältnis (keine Klopfbegrenzung)
Geringere Ladungswechselverluste durch innere Gemischbildung
Steilere Umsatzrate
Nennen Sie zwei Ursachen für die geringe Literleistung von nicht aufgeladenen Dieselmotoren im Vergleich zum konventionellen Ottomotor
Begrenzung der Brennstoffzufuhr und damit des Mitteldrucks durch die Rußgrenze
Begrenzung der Volllastdrehzahl durch den Zeitbedarf von Gemischbildung,
Zündung und Verbrennung.
Nennen Sie vier unterschiedliche Maßnahmen zur innermotorischen Schadstoffminderung beim Ottomotor
Gemisch(λ-) Einstellung (bis hin zum Magerkonzept)
Abgasrückführung
Brennraumform, Ladungsbewegung
Zündung (Zündzeitpunkt und Zündsystem)
Zwischen welchen beiden Arten des Klopfens wird, in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Motors, unterschieden? Nennen Sie drei Randbedingungen unter welchen das Klopfen am Ottomotor begünstigt wird.
Beschleunigungsklopfen
Hochdrehzahl- oder Hochgeschwindigkeitsklopfen
Hoher Druck und hohe Temperatur im unverbrannten Gemischrest
Annäherung an das stöchiometrische Luftverhältnis (λ=1)
Hoher Restgasanteil (heißes Restgas aus vorheriger Verbrennung)
Inhomogenitäten in der Restgas- und Kraftstoffverteilung
Langsamer Prozessablauf (da lange Vorreaktionszeit im Restgemisch)
Niedrige Oktanzahlen ROZ des Brennstoffes
Was versteht man unter „Downsizing“ und warum kann durch diese Maßnahme der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden?
Downsizing: kleinerer Motor VH mit hoher spezifischer Leistung pme
Verbrauchsminderung durch Betriebspunktverschiebung zu höheren Lasten, dadurch
Betrieb des Motors in Kennfeldbereichen mit besseren spezifischen Verbräuchen (quasi -
Entdrosselung). Die Reduktion des Hubvolumens VH sorgt in der Regel zusätzlich für eine
Absenkung der Reibungsverluste pmr.
Sie halten einen neuen Keramik-Monolithen gegen das Licht und stellen fest, dass Sie nicht durch die Kanäle hindurch sehen können. Welches Bauteil zur Abgasnachbehandlung liegt hier vor?
Sie halten einen neuen Keramik-Monolithen gegen das Licht und stellen fest, dass Sie
nicht durch die Kanäle hindurch sehen können. Welches Bauteil zur
Abgasnachbehandlung liegt hier vor?
Es handelt sich um einen Diesel Partikel Filter (DPF)
Was versteht man unter fettem und magerem Gemisch?
Was versteht man unter fettem und magerem Gemisch?
Fettes Gemisch: λ < 1 (Luftmangel); Mageres Gemisch: λ > 1 (Luftüberschuss
Erklären Sie den Begriff Zündverzug beim Dieselmotor.
Der Zündverzug ist in der Praxis die Zeit, die zwischen dem Einspritzbeginn und dem
ersten durch die Verbrennung bedingten messbaren Druckanstieg liegt.
Geben Sie den Kohlenmonoxid Verlauf über dem Luftverhältnis λ beim Ottomotor an. Erklären Sie, warum er bei niedrigen Luftverhältnissen deutlich anders ist als bei hohen Luftverhältnissen.
Kohlenmonoxid entsteht durch die unvollständige Verbrennung des Kohlenstoffes bei
Sauerstoffmangel (Fettbereich oder λ < 1,0), während sich beim Vorhandensein von
genügend Sauerstoff die Verbrennung bis zur Umwandlung in CO2 fortsetzt, bei λ > 1,0
geht der CO-Anteil drastisch zurück.
Warum kann bei einem Ottomotor mit innerer Gemischbildung das Verdichtungsverhältnis höher ausgelegt werden gegenüber einem Saugrohreinspritzer?
Durch die Verdampfung des Kraftstoffs im Brennraum wird der Umgebung
Verdampfungswärme entzogen was zu einer stärkeren Innenkühlung führt.
Nennen Sie die beiden möglichen Brennverfahren bei Dieselmotoren
Kammerbrennverfahren (indirekte Einspritzung)
Direkte Einspritzung
Für Otto- und Dieselkraftstoffe existieren unterschiedliche Kennzahlen zur Beurteilung des Zündverhaltens. Nennen Sie für jede der beiden Kraftstoffarten die entsprechende Kennzahl und erklären Sie diese kurz (Nennung der entsprechenden Vergleichskraftstoffe).
Otto Oktanzahl: Maß für Klopffestigkeit; gibt an, wie viel Volumenprozent Iso-Oktan eine Mischung aus Iso-Oktan und n-Heptan enthält, die dieselbe Klopffestigkeit wie der zu prüfende Kraftstoff besitzt.
Diesel Centanzahl: Maß für Zündwilligkeit; gibt an, wie viel Volumenprozent Cetan eine Mischung aus Cetan und α-Methylnaphtalin enthält, die in einem Prüfmotor dieselbe Zündverzugszeit wie der zu prüfende Dieselkraftstoff aufweist
Nennen Sie die drei entscheidenden Vorteile des Common-Rail-Systems zu den nockengetriebenen Systemen (einspritzsynchrone Förderung).
Nahezu beliebige Einspritzverläufe darstellbar. Einspritzdruck, Einspritzdauer und Einspritzzeitpunkt sind in weiten Bereichen nahezu betriebspunktunabhängig einstellbar.
Durch die Verwendung von Magnetventilen bzw. Piezoinjektoren besteht die Möglichkeit der Verwendung von Mehrfacheinspritzungen (Vor- bzw. Nacheinspritzung)
Im Gegensatz zu den nockengetriebenen Einspritzsystemen muss die Antriebsdrehzahl der Hochdruckpumpe wegen der Entkopplung von Druckerzeugung und Steuerfunktionen beim Common-Rail-System nicht starr an die Motordrehzahl gekoppelt sein. Dadurch können auch schon bei geringerer Motordrehzahl höhere Einspritzdrücke realisiert werden, die eine bessere Gemischaufbereitung und damit ein verbessertes Emissionsverhalten bewirken.
Welche Einstellungen und Größen müssen bei der Aufnahme einer “Fischhakenkurve” konstant gehalten werden?
Drosselklappenstellung = const.
Motordrehzahl = const
Nennen Sie drei Faktoren, welche die Flammengeschwindigkeit ̅ beeinflussen
Brennraumform
Einlasskanalgeometrie
Ladungsbewegung im Brennraum
Mittlere Kolbengeschwindigkeit
Luftverhältnis
Restgasgehalt
Unter welchen Voraussetzungen entsteht Ruß bei der Verbrennung?
Ruß entsteht bei der Verbrennung unter extremem Luftmangel und hohen Temperaturen
Nennen Sie die drei betriebstechnischen Voraussetzungen, welche für den optimalen Einsatz des 3-Wege-Katalysators erfüllt sein müssen
Aufwändige λ-Regelung 0.99 < λ < 1.003.
Energieschwelle der λ-Sonde muss überschritten sein (ca. 300°C).
Der Katalysator muss auf Betriebstemperatur sein (ca. 200°C).
Stellen Sie schematisch jeweils eine reale Teillastverbrauchskurve für einen Otto- bzw. einen Dieselmotor bei konstanter Drehzahl dar und beschriften Sie die Achsen der Diagramme. Wodurch sind die Verbrauchskurven begrenzt?
