Verbrennungskraftmaschinen (Fach) / Vorlesung Verbrenner (Lektion)

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• Wie ist der Realgasfaktor definiert? Z = p * v / R * T
• Welches sind die physikalischen Haupteinflüsse für den Zerfall von Tropfen? am Tropfen wirkenden Strömungs-und Trägheitskräfte Oberflächenspannung Viskosität des Kraftstoffs
• Was sind die Haupteinflüsse der Verdampfungsgeschwindigkeit? Verdampfungspotenzial T-TT(Temperatur des Luft/Kraftstoffgemisches –Tautemperatur des Kraftstoffs) Kraftstoffoberfläche (Zerstäubung) Stoffaustausch (rel. Geschw. Luft/Brennstoff)
• Definieren Sie die Weber Zahl und geben Sie ihren kritischen Wert an! Die Weberzahl ist die charakteristische Größe für den Tropfenzerfall. We = (0,5ρL*cL2)/(σ/(2*r)) Der kritische Wert hierbei ist für Benzin We = 10. Das heißt, dass bei We>10 die Zerstäubung erfolgt.
• Listen Sie die wichtigsten Komponenten des Vergasers auf! Schwimmerventil, Schwimmer, Schwimmerkammer, Brennsftoffhauptdüse, Luftrichter, Drosselklappe
• Führen Sie stichpunktartig Eigenschaften sowohl der Single-Point-, als auch der Multi-Point-Einspritzung auf! Single-Point-Einspritzung eine Einspritzdüse, die alle Zylinder mit Kraftstoff versorgt einfachste Möglichkeit vorhandene Vergasermotoren umzurüsten Verteilung der Gemischmengedurch Ansaugkanäle Einfluss von Wandfilmeffekten weiterhin vorhanden zylinderselektive Regelung der Gemischmengenicht möglich Multi-Point-Einspritzung jeder Zylinder hat eine eigene Einspritzdüse sehr kurze Wegstrecken -> kaum Wandfilmeffekte exakte Zudosierungdes Kraftstoffes für jeden einzelnen Zylinder Zylinderabschaltung möglich
• Listen Sie die Komponenten einer Einspritzsteuerung auf! Einspritzventil Luftmassenmesser Druckregelventil da dm/dt = αD*AD*√(2*ΔpK-S*ρKr) Steuergerät
• Listen Sie Vor- und Nachteile der Benzindirekteinspritzung auf! Vorteile niedrigere Temperaturen: geringere Klopfneigung, höheres Verdichtungsverhältnis möglich, geringere Wärmeverluste höherer Luftüberschuss möglich: Annäherung an den Dieselprozess, nicht mehr an globale Zündgrenzen, aber lokal an Zündkerze gebunden, besserer thermodynamischer Wirkungsgrad (κhöher) bessere Strömungsführung im Einlasskanal, da Wegfall der Einspritzdüse Aufladung wirkungsvoller, da kein Kraftstoffverlust während der Ventilüberschneidung besseres Molverhältnis (Volumenvergrößerung durch höhere Molzahl) Nachteile mehr Leistung für die Einspritzung erforderlich (durch höheren Druck) höhere Kosten Einspritzventil neigt zum Verkoken aufgrund der höheren Temperaturen Bildung von Rußpartikeln Gefahr einer Wandauftragung des Kraftstoffs und damit verbundene höhere HC-Emissionen
• Welche zwei Strategien für das Otto-DI-Brennverfahren kennen Sie? homogenes Gemisch: Kraftstoff wird während des Saughubes eingespritzt Ladungsschichtung: Einspritzung erfolgt spät während des Kompressionshubes (3-Wege-Kat nicht möglich, da λ>1)
• Geben Sie eine Kurzbeschreibung der Wandgeführten Benzindirekteinspritzung an! Wandgeführte Benzindirekteinspritzung: hohe HC-Emission, da großflächige Wandbenetzung schwerer Kolben größerer Kolben größerer Wärmeeintrag, dadurch höhere Kolbentemperatur Gefahr der Glühzündung oder des Klopfens Gefahr von Partikeln im Abgas bei hohen Lasten durch örtlich überfettete Bereiche
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• Geben Sie eine Kurzbeschreibung der Luftgeführten Benzindirekteinspritzung an! Luftgeführte Benzindirekteinspritzung: weniger HC-Emission durch geringere Wandbenetzung geringere Partikelbildung Störungen bei der Ansaugung(dynamische Schwingungen) beeinflussen die Gemischbildung und machen das Brennverfahren instabil
• Geben Sie eine Kurzbeschreibung der Strahlgeführten Benzindirekteinspritzung an! Strahlgeführte Benzindirekteinspritzung: Kraftstoff wird bereits während der Einbringung gezündet geringes Risiko der Wandauftragung unabhängig von Luftströmungen geringe Aufbereitungszeit erhöhter Abstimmungsbedarf von Zünd-, Einspritz-und Ansaugsystem
• Führen Sie die drei Betriebsbereiche eines Otto-DI-Motors auf! Homogener Betrieb: λ = 1 Homogener, magerer Betrieb: 1,4 < λ < 1,7 Schichtladebetrieb: 2 < λ < 4
• Was sind die Grundkriterien bei der Auslegung eines Verbrennungsmotors? maximale Leistung Verlauf des maximalen Drehmomentes Betriebsverhalten bei Leistungs-/Drehmomentanforderungen unterhalb der Md-max–Kurve
• Wie berechnet sich die Fahrzeuggeschwindigkeit? vFahrzeug = (nMotor/iges) * 2 * π * rdynRad
• Welche Möglichkeiten der Lastanpassung bieten sich beim Otto- bzw. Dieselmotor? Ottomotor: Veränderung der Arbeitsgasmasse bzw. des Liefergrades (λL). Dieser Eingriff entspricht einer Quantitätsregelung. Dieselmotor: Veränderung des Gesamtluftverhältnisses, also λ. In diesem Fall liegt dann eine Qualitätsregelung vor
• Welche Ausführungen von Zündanlagen kennen Sie? Spulenzündung Magnetzündung Transistorzündung Vollelektronische Zündung
• Wie muss der Zündzeitpunkt (ZZP) angepasst werden bei einer höheren Drehzahl bzw. einer höheren Last? Höhere Drehzahl --> ZZP nach früh, da bei gleiche Brenndauer mehr °KW überstrichen werden Höhere Last --> ZZP nach spät, da mehr Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder vorhanden ist und die höhere Verbrennungstemperatur und das schnellere Durchbrennen eine Überschreitung des maximalen Brennraumdruckes zur Folge hätten
• Welche Vorteile hat eine vollelektronische Zündung mit Kennfeldsteuerung? Entfall der mechanischen Verbindung zu Nocken-oder Kurbelwelle Wartungsfreiheit höhere Zündleistungen durch größere Schließzeiten bei Verwendung von mehreren Zündspulen (vor allem bei hohen Drehzahlen) bessere elektromagnetische Verträglichkeit durch Entfall der Funkenstrecke im Verteiler besserer Schutz des Zündsystems vor mechanischer Einwirkung von Außen und vor  Spritzwasser durch Kapselung
• Aus welchen Komponenten besteht eine Zündkerze? Isolator ( Al2O3) Entstörwiderstand Elektrodenfuß Mittelelektrode ( Nickelbasis ) Massenelektrode ( Nickelbasis )
• Was ist die obere bzw. untere Grenze der Betriebstemperatur für den Einsatz von Zündkerzen? Untere Grenze (Freibrenngrenze, Selbstreinigungsgrenze) Betriebstemperatur muss mindestens 400 °C betragen, sonst Gefahr der Verschmutzung durch Kraftstoff und Schmierölrückstände Nebenschluss und damit kein ZündfunkeObere Grenze Elektrodentemperatur soll 850 bis 900 °C nicht überschreiten, da sonst die Gefahr einer Glühzündung besteht Obere Grenze Elektrodentemperatur soll 850 bis 900 °C nicht überschreiten, da sonst die Gefahr einer Glühzündung besteht
• Wie beeinflusst der Isolatorfuß den Wärmewert? Isolatorfuß Isolatorfuß bestimmt Wärmewert langer Fuß = hoher Wärmewert kurzer Fuß = niedriger Wärmewert Wärmewert Selbstreinigungstemperatur schnell erreichen (450°C) Höchsttemperatur (850°C) Wärmewert zu hoch --> unkontrollierte Glühzündungen Wärmewert zu niedrig --> Verrußen des Isolatorfußes
• Was ist der sogenannte scheinbare Zündverzug? Scheinbarer ZündverzugDie Flamme erfasst erst nach gewisser Zeit ein genügend großes Volumen, sodass ein Druckanstieg gemessen werden kann.Beim Ottomotor sehr kurz und kaum messbar.
• Wie berechnet sich die Geschwindigkeit der Flammenfront WF? wF = wB + wT wT = Transportgeschwindigkeit: Transport der Flammenfront durch Eigenbewegung des Gemisches (Turbulenz, Expansion des Verbrannten) wB = Flammengeschwindigkeit oder Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme bzw. der Reaktionszone relativ zum Gemisch. wB im ruhenden oder laminar bewegten Medium relativ niedrig (ca. 1m/s) Flammenausbreitung im Prinzip nur durch Wärmeleitung und Diffusion wB steigt mit höherer Temperatur und fallendem Druck wB hängt vom Verlauf der Zündgrenzen ab
• Welchen Einfluss hat der Zündzeitpunkt auf die Betriebsparameter? Früher: Druckanstieg wirkt Kolbenaufwärtsbewegung entgegen → nutzbare mechanische Arbeit sinkt Später: freigesetzte Wärmeenergie kann wegen des Volumenverlaufs nur zu geringem Teil in Arbeit umgewandelt werden → ∫pdV kleiner, Abgastemperatur erhöht
• Zählen Sie einige Ursachen des Klopfens auf! mehrphasiger Vorgang der Selbstzündung bei Kohlenwasserstoffen (Zündverzug: siehe Kapitel 4) Kettenreaktion beginnt bei relativ niedrigen Temperaturen (Verdichtungsphase) bei ungefeuertemMotor kommt es zum Abbruch der Reaktionen in der Expansionsphase beim Motor mit Zündung erfolgt eine Endgasverdichtung Selbstzündung möglich, bevor Flammenfront die Endgaszone erreicht hat Kriterium: tF = l/wF !< tSZ
• Wie lässt sich die Selbstzündungszeit beeinflussen? Anfangsdruck: je niedriger der Anfangsdruck p1, desto länger tSZ Anfangstemperatur: je niedriger Anfangstemperatur T1, desto länger tSZ Verdichtungsverhältnis ε: je niedriger ε, desto geringer liegen die Werte von Druck und Temperatur bei Brennbeginn pB, TB, desto länger tSZ Polytropenexponent n der Verdichtung: je niedriger n, desto geringer pB, TB, desto länger tSZ Zündzeitpunkt: je früher der Zündzeitpunkt und damit der Brennbeginn φB liegt, desto höher werden Druck und Temperatur, desto kürzer tSZ Drehzahl: nur geringfügiger Einfluss, da die Zeit für die Vorreaktionen bis zum Zündzeitpunkt kürzer wird
• Welche wesentlichen Möglichkeiten zur Beeinflussung der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit kennen Sie? Drehzahl: wF~cm; d.h.: n ↑→wF↑→tF↓ Zündzeitpunkt: wie bei p1: wF= konst; tF= konst. Brennraumgröße: wF= konst; mit abnehmenden Brennraumabmessungen L sinkt auch tF Zahl der Zündstellen: durch die Verwendung mehrerer Zündkerzen kann man tF ebenfalls absenken
• Wann besteht die größte Gefahr für eine klopfende Verbrennung? bei geringer Drehzahl und hoher Last ist die Drosselklappe weit geöffnet → p1↑ und T1↑ große Zylinderabmessungen ungünstige Konstruktionsform von Zylinderkopf und Kolben
• Glühzündung Glühzündung: Unkontrollierter Verbrennungsbeginn durch heiße Stellen im Motor. Klopfende Glühzündung: infolge der Glühzündung setzt die Entflammung zu früh ein → Folge: Klopfen Klopfen führt zur Glühzündung

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