Verbrennungsmotoren. Uwe Todsen. Verbrennungsmotoren downloaded from by on March 10, 2017

Transkript

1 Uwe Todsen Verbrennungsmotoren

2 Todsen Verbrennungsmotoren

3 Fahrzeugtechnik 5,5-Liter-V8-Motor mit Zylinderabschaltung, Leistung 310 kw (422 PS)

4 Uwe Todsen Verbrennungsmotoren Mit 230 Abbildungen und 43 Tabellen

5 Autor: Prof. Dr.-Ing. Uwe Todsen Fachhochschule Hannover Fakultät II Maschinenbau und Bioverfahrenstechnik Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISBN E-Book-ISBN Einbandbild und Bild Seite 2: Daimler AG Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdrucks und der Vervielfältigung des Buches oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden Carl Hanser Verlag München www. hanser.de Lektorat: Jochen Horn Herstellung: Katrin Wulst Satz: Beltz, Bad Langensalza Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Printed in Germany

6 Vorwort Dieses Buch, das auf der Grundlage meiner Vorlesungen an der Fachhochschule Hannover entstanden ist, soll sowohl den Studierenden einen Einstieg in die Thematik der Verbrennungsmotoren ermöglichen als auch den in der Praxis stehenden Ingenieuren als Nachschlagewerk zur Auffrischung des vorhandenen Wissens dienen. Deshalb wurde besonderer Wert auf die Grundlagen gelegt, und es wurden Beispiele und Übungsaufgaben hinzugefügt. Das vorliegende Buch soll und kann nicht die umfangreichen Werke über Verbrennungsmotoren ersetzen, sondern nur um eine Facette ergänzen. In erster Linie wird das Buch ein Lehrbuch sein, d. h., dass Studierende, die geringevorkenntnisse haben, auch mit diesem Buch arbeiten können. Somit ist einerseits ein breiter Raum für die Grundlagen vorgesehen. Andererseits müssen die momentanen Entwicklungen und damit die neuesten Erkenntnisse berücksichtigt werden, um ein aktuelles Buch anzubieten, das auch ein Nachschlagewerk für den Praktiker ist. Besonderer Dank gebührt dem Carl Hanser Verlag für die Unterstützung und die sorgfältigedrucklegung und den zahlreichen Firmen für die freundlicheüberlassung von Unterlagen und Bildern ihrer Motoren und Motorenbauteile. Hannover, Oktober 2011 Uwe Todsen

7 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Überblick Geschichtlicher Überblick Eigenschaften Probleme Umweltprobleme Kraftstoffe Zukunftsaussichten Einteilung der Verbrennungsmotoren Thermodynamische Grundlagen Kreisprozesse Carnot-Prozess Gleichraumprozess Gleichdruckprozess Seiliger-Prozess (Gemischter Prozess) Vergleich der Kreisprozesse Verluste des vollkommenen Motors Vergleich des wirklichen Prozesses mit dem des vollkommenen Motors Gütegrad Energiebilanz Kinematik,Kräfte und Momenteim Motor Kinematik des Kurbeltriebes Kräfte undmomente im Triebwerk Kräfteund Momente im Einzylindertriebwerk Überlagerung von Gasund Massenkräften EinfachsterMassenausgleich der Massenkräfte I. Ordnung Vollständiger Massenausgleich der Massenkräfte I. und II. Ordnung Kräfte und Momente in Mehrzylindermotoren Kenngrößen Hub/Bohrung Leistung und Mitteldruck Wirkungsgrade Zylinderfüllung Kolbengeschwindigkeit Verdichtungsverhältnis Weitere Kenngrößen Kennfelder Kraftstoffe Flüssige Kraftstoffe aus Erdöl Eigenschaften der Kraftstoffe Oktanzahl Cetanzahl... 74

8 Inhaltsverzeichnis Gaskraftstoffe Alternative Kraftstoffe Alternative Kraftstoffe für Ottomotoren Alternative Kraftstoffe für Dieselmotoren Gemischbildung und Zündung Gemischbildung beim Ottomotor Äußere Gemischbildung durch Vergaser Äußere Gemischbildung durch Einspritzung Innere Gemischbildung durch Einspritzung Zündung bei Ottomotoren Artender Zündsysteme Zündkerzen Gemischbildung bei Dieselmotoren Brennräume Einspritzpumpen Einspritzdüsen Einspritzparameter Ladungswechsel Steuerzeiten Nockenauslegung Kennwerte des Nockens Variable Ventilsteuerungen Nockenwellenverstellung Ventilhubverstellung zweistufig Ventilhubverstellung vollvariabel Verbrennung Minimale Luftmenge und Heizwert Gemischheizwert Gemischansaugende Motoren Luft ansaugende Motoren Kennwerte Verbrennung beim Ottomotor Verbrennung beim Dieselmotor Abgas und Abgasgrenzwerte Entstehung der Schadstoffe Ottomotor Dieselmotor Senkung der Emission von Ottomotoren Innermotorische Maßnahmen Außermotorische Maßnahmen Senkung der Emissionen von Dieselmotoren Innermotorische Maßnahmen Außermotorische Maßnahmen Abgasmessungund Abgasgesetzgebung Leistungssteigerung Möglichkeiten der Leistungssteigerung Aufladungsarten Fremdaufladung Mechanische Aufladung Abgasturboaufladung (ATL) Druckwellenaufladung 167

9 8 Inhaltsverzeichnis 11.3 Berechnung von aufgeladenen Motoren Mechanische Aufladung und geänderte Atmosphäre Abgasturboaufladung Schmierung vonmotoren Anforderungen und Aufgaben Grundöle Mineralöle Synthetische Flüssigkeiten Additive für Motoröle Viskositätsindexverbesserer Detergent- und Dispersant-Zusätze Reibungsverminderer und Verschleißschutzzusätze Schauminhibitoren Viskositätsklassen für Motoröle Veränderungen des Motoröls im Betrieb Ölversorgung des Motors Ölwechsel Bauteile vonmotoren Kurbelwelle Aufbau Gestaltung Beanspruchungen Pleuelstange Aufbau Beanspruchungen Werkstoffe Kolben Aufbau Beanspruchungen Herstellung, Gestaltung Kolbenringe Kolbenringformen Herstellung Werkstoffe Zylinder Aufbau und Gestaltung Belastung Werkstoffe Zylinderkopf Ventile Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis