3.1 Antriebsmaschinen - Verbrennungsmotor

Question 1

Aufbau eines Motors (Bsp. Diesel)

Answer 1

meist 4-Takt

Question 2

Vergleich Otto- und Dieselmotor

Answer 2

Question 3

Prozesse

Re-/Ideal

Answer 3

Question 4

Vergleichsprozesse

Answer 4

Carnot-Prozess

Seiliger-Prozess

Question 5

Carnot-Prozess

Answer 5

kontinuierlichen Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit zwischen zwei vorgegebenen Temperaturgrenzen mit bestmöglichen Wirkungsgrad

• 1-2 adiabate Verdichtung
• 2-3 isotherme Verbrennung
• 3-4 adiabate Expansion
• 4-5 isotherme Verdichtung

Question 6

Seiliger-Prozess

Answer 6

• 1-2 adiabate Verdichtung
• 2-3 isochore Verbrennung
• 3-4 isobare Verbrennung
• 4-5 adiabate Expansion
• 5-1 isochore Öffnung Auslassventil

Question 7

Seiliger-Prozess

Keine vollständige Expansion der Gase, da

Answer 7

Question 8

Seiliger-Prozess

Sonderfälle

Answer 8

• Otto-Motor
  
  • Gleichraum – Prozess
• Diesel-Motor
  
  • Gleichraum – Gleichdruck – Prozess
  • Schnell laufender Motor (Pkw-, Lkw-Diesel)

Question 9

Thermischer Wirkungsgrad n_th des Seiliger-Prozesses, ermittelt unter der Voraussetzung idealer Gase, eines vollständigen Ladungswechsels sowie wärmedichter Zylinder

Answer 9

Question 10

Grundlagen realer Prozesse

Answer 10

• Liefergrad
• Verdichtungsverhältnis
• Treibstoffe
• Motorleistung
• Indizierte Leistung
• Effektive Leistung
• Leistungssteigerung
• Messung der Motorgrößen

Question 11

Liefergrad

Answer 11

Einlass öffnet: Restgase (400 – 600 °C, geringer Überdruck) dehnen sich zunächst im Ansaugsystem aus, bevor Frischgas angesaugt wird.

Question 12

Reale Druckverläufe in einem Otto- und Dieselmotor nach dem 4-Takt- Verfahren.

Answer 12

Question 13

Vergleich Wirkungsgrad

DL = Diesel langsam, DS = Diesel schnell, O = Otto

Answer 13

Question 14

Prinzip der Aufladung mit Abgas-Turbolader

Schema

Answer 14

Question 15

Prinzip der Aufladung mit Abgas-Turbolader

real

Answer 15

Question 16

Otto-Kraftstoff

Answer 16

Question 17

Diesel-Kraftstoff

Answer 17

Question 18

Motorleistung hängt ab von

Answer 18

• p-V-Diagramm
• Zahl der Arbeitsspiele je Zeiteinheit a
• Zahl der Zylinder z

Unterscheide: Indizierte und effektive Leistung

Question 19

Indizierte Leistung

Answer 19

• im Brennraum freigesetzt
• Verdrängungsarbeit (äußere Arbeit) bei Zustandsänderung eines Gases
• W₁ Gewinn (Verbrennung)
• W₂ Verlust (Ladungswechsel)

Question 20

Effektive Leistung

Answer 20

• Reibleistung (Kolbenringe, Lager)
• Nebenantriebe (Steuerung, Zündung, Lüfter, Lichtmasch.)

Question 21

Wirkungsgradkennfelder für Otto (nicht aufgeladen) und Diesel (aufgeladen)

Answer 21

Question 22

Messung der Motorgrößen

Answer 22

Question 23

Durch technische Verbrennung frei werdende Schadstoffe und ihre Wirkung auf Mensch und Natur

Answer 23

• CO Kohlenmonoxid (*)
• C_mH_n Kohlenwasserstoffe
• NO_x Stickoxide
• CO₂ Kohlendioxid (*)
• O₃ Ozon
• SO₂ Schwefeldioxid
• Ruß (*)

(*) direkt unschädlich für Natur, für Menschen alles schädlich

Question 24

Waldsterben

Answer 24

Question 25

Dieselmotor Emissionen Vor- & Nachteile

Answer 25

bei Teil- und Vollast Vorteile Nachteile: Partikel- und Schwefelausstoß

Question 26

Motorische Maßnahmen beim Ottomotor Minderung CO, C_mH_n, NO_x auf diesem Wege begrenzt möglich durch Optimierung

Answer 26

* Gemischbildung * Zündung * Steuerzeiten

Question 27

Schichtlademotor mit Direkteinspritzung, FSI-Motor (Fuel Stratified Injection). (Otto)

Answer 27

genaue Positionierung des Gemisches im Bereich der Zündkerze zur Zündung

Question 28

Motorische Maßnahmen beim Dieselmotor

Answer 28

* Verbrennungsverfahren * Deutliche Verminderung des NO_X-Ausstoßes durch Abgasrückführung (AGR) * Partikelausstoß Abgasrückführung:

Question 29

Zur Erfüllung der derzeitigen und geplanten gesetzlichen Grenzwerte bei

Answer 29

Question 30

Nachbehandlung mit Katalysator

Answer 30

* Katalysator ist Wirkstoff, der Reaktionsgeschwindigkeit bei chem. Vorgängen erhöht, ohne dabei verbraucht zu werden. * Hochwarmfestes Edelstahlgehäuse mit * Trägerkörper (große innere Oberfläche) * Zwischenschicht auf Oberfläche von Trägerkörper (Vergrößerung Oberfläche) * Katalysatormaterial (Kontaktmaterial) auf Zwischenschicht (Edelmetalle Platin und Rhodium)

Question 31

Dreiwegekatalysator

Answer 31

* Ottomotor * heute standardmäßig eingesetzt

Question 32

Prinzip einer Lambda – Regelung

Answer 32

Question 33

SCR-Katalysatoren (Selective Catalytic Reduction)

Answer 33

„AdBlue“ (=Harnstoff-Wasser-Lösung) eingesprüht

Question 34

Anmerkungen zu Katalysatoren beim Dieselmotor

Answer 34

* Alterung wie bei Ottomotor, jedoch hier zusätzlich Rußproblem * Praktisch rußfreier Betrieb erreichbar durch Rußfilter (z.B. Keramikfilter) oder hohen Luftüberschuss

Question 35

Vergleich Dieselmotor mit Oxidationskatalysator und Ottomotor mit Dreiwegekatalysator

Answer 35

Question 36

Schlussbemerkung zu Motor mit Nachbehandlung

Answer 36