Table Of ContentKlaus Schreiner
Basiswissen
Verbrennungs-
motor
Fragen · Rechnen · Verstehen · Bestehen
2. Auflage
Basiswissen Verbrennungsmotor
Klaus Schreiner
Basiswissen
Verbrennungsmotor
Fragen - rechnen - verstehen - bestehen
2., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage
Prof.Dr.KlausSchreiner
FakultätMaschinenbau
HWTGKonstanz
Konstanz,Deutschland
ISBN978-3-658-06186-9 ISBN978-3-658-06187-6(eBook)
DOI10.1007/978-3-658-06187-6
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SpringerVieweg
©SpringerFachmedienWiesbaden2011,2015
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drücklichvomUrheberrechtsgesetzzugelassenist,bedarfdervorherigenZustimmungdesVerlags.Das
giltinsbesonderefürVervielfältigungen,Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEin-
speicherungundVerarbeitunginelektronischenSystemen.
DieWiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesemWerk be-
rechtigtauch ohnebesondere Kennzeichnung nicht zuderAnnahme, dasssolcheNamenimSinneder
Warenzeichen- undMarkenschutz-Gesetzgebung alsfreizubetrachtenwärenunddahervonjedermann
benutztwerdendürften.
Lektorat:ThomasZipsner
GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier.
SpringerViewegisteineMarkevonSpringerDE.SpringerDEistTeilderFachverlagsgruppe Springer
Science+BusinessMedia
www.springer-vieweg.de
Vorwort
Noch ein weiteres Buchüber Verbrennungsmotoren?Das werden sich einige der Leser-
innenundLeserfragen,wennsiediesesBuchzumerstenMalsehen.Auchichhabemir
dieseFragevoreinigenJahrengestellt, alsichüberlegte,obichmeinebisherigenVorle-
sungsunterlagenüberarbeitenundüberdenVerlagVieweg+Teubnerveröffentlichensoll.
LetztlichunterscheidetsichdasKonzeptvon„BasiswissenVerbrennungsmotor–Fragen,
Rechnen,Verstehen,Bestehen“so sehrvonallenanderenverbrennungsmotorischenBü-
chern, dass der Verlag Vieweg+Teubner von der Idee begeistert war. Im Frühjahr 2011
erschiendieersteAuflage.Dienunvorliegende2.Auflagewurdegeringfügigmodifiziert
unddeutlicherweitert.WasistdasBesondereamneuenKonzept?
Fragen – Aus der modernen Didaktik ist bekannt, dass Lernende sich Neues dann gut
merken können, wenn sie es sich selbst erarbeitet haben. Das Interesse an Neuem kann
sehrgewecktwerden,wennmanvoneinerkonkretenFragestellungausgehtundsichdann
die zur Lösung des Problems notwendige Theorie erarbeitet. Dieses problemorientierte
Lernenisteineaktuelle,neueLehrmethodeandenHochschulenundistauchdieMethode,
diehinterdiesemBuchsteht.WährendbisherigeLehrbücherdasThemaeherausgehend
von der Theorie aufbereiten und dann am Ende jedes Kapitels konkrete Beispiele auf-
zeigen, geht dieses Buch gerade anders vor. Es werden Fragen gestellt und diese dann
beantwortet.DieTheoriewirderstdannhergeleitet,wennmansiebenötigt.
Rechnen – Viele der Fragestellungen, die in diesem Buch behandelt werden, werden
gelöst,indemphysikalischeGrundlagenhergeleitetundBeispieledurchgerechnetwerden.
Alle Aufgaben wurden konsequent mit dem Tabellenkalkulationsprogramm MS-Excel®
gerechnet.DieentsprechendenExcel-DateienimFormatExcel2007sindimInternetunter
www.springer.comzufinden.IndiesemBuchwerdenimmerwiederTippszumArbeiten
mit Excel gegeben, wodurch man nicht nur „Motorisches“ lernt, sondern sich auch in
Excelweiterbildet.
Verstehen –DasvorliegendeBuchversucht,StudierendenundinteressiertenLaieneinen
neuartigen Zugang zum Gebiet der Verbrennungsmotorenzu geben und Verständnis für
die verbrennungsmotorische Denkweise zu vermitteln. Die Leserin und der Leser kön-
V
VI Vorwort
nendiesesBucheinfachvonvornenachhintendurcharbeiten.Siekönnenaberaucheine
interessante Fragestellungaus demInhaltsverzeichnisauswählenund dortin dasThema
einsteigen. Die Stichwort-Tabellen im Anhang geben an, welche Grundlagen und Glei-
chungen man zur Bearbeitung der jeweiligen Fragestellungen benötigt und in welchem
Kapitel diese Themen zum ersten Mal hergeleitet wurden. So kann man sich fehlendes
Wissenproblemlosaneignen.
Bestehen – Das Niveau vieler Aufgaben entspricht dem Klausurniveau in unserem
Maschinenbau-StudienganganderHTWGKonstanz.InsofernistdasDurcharbeitendie-
sesBucheseineguteVorbereitungaufdiePrüfung.AuchdietypischenVerständnisfragen
werden in diesem Buch behandelt. Deswegen eignet sich das Buch gut für das Selbst-
studium. Die Lernziele, die mit der jeweiligen Aufgabe erreicht werden sollen, stehen
am Anfang jedes Kapitels. Die wesentliche Aussage, diesich aus der Beantwortungder
jeweiligen Frage ergibt und die das Gelernte zusammenfasst, steht am Kapitelende. Im
Buchwerdenetwa110FragenundAufgabenausdemBereichderVerbrennungsmotoren
behandelt. Die Fragen sind teilweise Standardprobleme, wie sie in vielen Lehrbüchern
zu finden sind. Zum anderen handelt es sich um neu entwickelte Beispiele, die in mei-
nen Lehrveranstaltungen entstanden sind. Häufig waren die guten Rückfragen meiner
Studierenden Anlass, ein Problem neu zu durchdenken und es dann für dieses Buch
aufzuarbeiten.
EinigederBeispiele,insbesondereeinigederSelbstversuchemiteinemFahrzeug,wur-
denvondenStudierendenselbstentwickelt.InunseremStudiengangmüssenalleStudie-
rendeninihrem3.SemesterinZweier-TeamseinExperimentmiteinemPkwodereinem
Fahrrad selbst definieren, durchführenund dann darüber einen kurzen Bericht erstellen.
Bei diesen Experimenten wurden sehr viele neue Ideen entwickelt, über die ich immer
wieder staune. Ich freue mich auf weitere gute Anregungen durch meine Studierenden
unddieLeserschaft.
IchdankedemVerlagSpringerVieweg,insbesondereCheflektorThomasZipsner,der
von der Buchidee sofort begeistert war und im Rahmen des Lektorats viele hilfreiche
Tippsgegebenhat.
BesondersdankeichmeinerFrauBernita,diemichinnunmehrseitüber34Ehejahren
unterstützt, ermutigtund begleitet. Ihreteilweise ganzgegensätzlichen Begabungenund
ihresonderpädagogischeDenkweisehabendazugeführt,dassichöfterversuchthabe,die
Zusammenhängenocheinfacherundlebenspraktischerzuerklären.
Ich hoffe, dass der in diesem Buch gewählte problemorientierte Ansatz die Zustim-
mungderLeserinnenundLeserfindet.Ichwürdemichfreuen,wenndieseimmerwieder
einmal zum Buch greifen, darin schmökern und dann erstaunt sind, wie vielfältig und
interessant das Gebiet der Verbrennungsmotorenist. Vielleicht entdecken sie darin auch
immerwiederneueAspektedesverbrennungsmotorischenDenkens.
Über Rückmeldungen, Hinweise auf eventuelle Fehler und Verbesserungsvorschläge
sowieneueIdeenfürdiedritteAuflagefreueichmichsehr.
Bermatingen,imJuli2014 KlausSchreiner
Vorwort VII
KontaktdatendesVerfassers:
Prof.Dr.-Ing.KlausSchreiner
Pappelweg2
88697Bermatingen
www.vmot.htwg-konstanz.de
[email protected]
Abkürzungsverzeichnis
IndexfürAbgas
A
A Kolbenquerschnittsfläche
K
IndexfürArbeitsspiel
ASP
a Beschleunigung
Indexfür„abgeführt“
ab
IndexfürKraftstoff
B
B BreitedesReifens
Reifen
b Breite
b effektiver,spezifischerKraftstoffverbrauch
e
b Bestwertdeseffektiven,spezifischenKraftstoffverbrauchsimKennfeld
e,opt
b streckenbezogenerKraftstoffmassenverbrauch
s
C Kohlenstoff
c Kohlenstoffmassenanteil/Konstante
c spezifischeisobareWärmekapazität
p
c spezifischeisochoreWärmekapazität
v
c Luftwiderstandsbeiwert
W
D Durchmesser/Zylinderdurchmesser
IndexfürDruckverlaufsanalyse
DVA
d Felgendurchmesser
Felge
d Raddurchmesser
Rad
F Kraft
F Luftwiderstandskraft
cw
F Gewichtskraft
Gewicht
F Rollwiderstandskraft
roll
F Steigungskraft
steig
IndexfürGas
G
IndexfürGleichdruckprozess
GD
IndexfürGleichraumprozess
GR
g Erdbeschleunigungskonstante
H Wasserstoff
H Reifenhöhe
Reifen
IX
X Abkürzungsverzeichnis
H Heizwert
U
H aufdieMassebezogenerHeizwert
U,Masse
H aufdasVolumenbezogenerHeizwert
U,Volumen
h Wasserstoffmassenanteil
h Ventilhub
V
i Taktzahl/Index
i Achsübersetzungsverhältnis
A
i Getriebeübersetzungsverhältnis
G
IndexfürisentropeZustandsänderung
isen
IndexfürKolben
K
IndexfürKolbenbolzen
KB
k Drehmassenzuschlagsfaktor
m,dyn
k KorrekturfaktorfürdenRadumfang
Rad,dyn
IndexfürLuft
L
IndexfürAufladung
Lade
IndexfürLadungswechsel
LDW
IndexfürLadeluftkühler
LLK
L Mindestluftmasse
min
l Pleuellänge
M Molmasse/Motormoment
IndexfürMassenkraft
M
M MolmassevonKraftstoff
B
m Masse/SteigungeinerGeraden
m Kraftstoffmasse
B
m KraftstoffmasseproArbeitsspiel
B,ASP
mP Kraftstoffmassenstrom
B
m Luftmasse
L
mP Luftmassenstrom
L
N Stickstoff
Indexfür„normal“(senkrecht)
N
n Drehzahl
n ZahlderArbeitsspieleproZeit
ASP
O Sauerstoff
O Mindestsauerstoffmasse
min
OT obererTotpunkt
osz Indexfür„oszillierend“
P Leistung
IndexfürPleuel
P
P Kolbenflächenleistung
A
P effektiveLeistung
e
P innereLeistung
i
P Motorleistung
Motor
Abkürzungsverzeichnis XI
P Reibleistung
r
P LeistungamRad
Rad
P Verdichterantriebsleistung
V
p Druck
p effektiverMitteldruck(auchp )
e me
p innereroderindizierterMitteldruck(auchp )
i mi
p Ladedruck
L
p Verbrennungshöchstdruck
max
p Reibmitteldruck(auchp )
r mr
p Umgebungsdruck
U
P
Q Wärmestrom
Q imKraftstoffenthalteneEnergie
B
P
Q imKraftstoffenthaltenerWärmestrom
B
P
Q Wandwärmestrom
W
q spezifischeWärme/stöchiometrischerKoeffizient
R Gaskonstante
Indexfür„radial“
R
r Kurbelradius
Indexfür„reduziert“
red
r GrundkreisradiusdesNockens
G
Indexfür„rotierend“
rot
S Schwefel
s Kolbenhub/Kolbenweg/Weg
IndexfürdenZustandimSaugrohr
Saugrohr
SCR Selektive katalytische Reduktion (Stickoxidreduzierung durch Harnstoff-
zugabe)
s/D Hub-Bohrung-Verhältnis
T Temperatur
IndexfürTurbine/Indexfür„tangential“
T
T Umgebungstemperatur
U
t Zeit
(cid:2)t ZeitdauerfüreinArbeitsspiel
ASP
UT untererTotpunkt
IndexfürUmgebungszustand
U
u spezifischeinnereEnergie
u Radumfang
Rad
V Volumen
IndexfürVentiloderfürVerdichter
V
P
V Kraftstoffvolumenstrom
B
V Kompressionsvolumen
C
V Motorhubvolumen
H
