Motorentechnik (Fach) / Motorthermodynamik & Brennverfahren (Lektion)

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• Nenne 3 Möglichkeiten der APR! 1.) Nulldimensionale Modellierung (DGL nach Zeit) 2.) Phänomenologische Modelle (DGL nach Zeit) 3.) 3D-CFD Modellierung (DGL nach Zeit und Ort)
• Welches Modell zur APR ist zu jedem Zeitpunkt ideal durchmischt und benutzt empirische Ansätze für den Brennverlauf? Nulldimensionale Modellierung
• Welches Modell zur APR benutzt die explizite Lösung des turbulenten 3D-Strömungsfeldes? 3D-CFD Modellierung
• In welche 2 Zonen unterteile ich mein Modell zur APR sinnvoll? 1. Zone -> unverbrannte Zone 2. Zone -> verbrannte Zone
• Nenne die 5 Modellannahmen der 0-D Arbeitsprozessrechnung! 1. Der Brennraum wird in Zonen unterteilt. Jede Zone wird dabei als homogen durchmischt angenommen. 2. Die Prozessgrößen hängen nur von der Zeit ab, nicht vom Ort. Die 0-D Modellierung wir deshalb auch zeitdimensional genannt. 3. Das Gas im Brennraum ist ein homogenes Gasgemisch  und besteht aus Luft, Brennstoffdampf und verbranntem Gas. 4. Reibungskräfte werden vernachlässigt und innerhalb einer Zone ist der Druck konstant. Der Impulssatz liefert daher keine Aussage. 5. Die Verbrennung wird durch Zufuhr von Wärme in den Brennraum modelliert.
• Nenne die 4 Massenströme die den Brennraum bei einem luftansaugenden Motor beschreiben! 1. Einlassmassenstrom (Luft) 2. Auslassmassenstrom (verbranntes Gas) 3. Blow-By Massenstrom (Gas aus dem Kurbelgehäuse) 4. Massenstrom der Brennstoffeinspritzung
• Nenne die 6 Energieströme, welche die innere Energie des 1-Zonen Brennraums beschreiben! 1. Wärmeström durch Brennverlauf 1. Wärmestrom durch abgeführte Wandwärme 3. Volumenänderungsarbeit 4. Enthalpiestrom Einlass (Luft + Brennstoff) 5. Enthalpiestrom Auslass 6. Enthalpiestrom Blow-By
• Nenne 4 Modelle für die innere Energie eines 0-D Brennraums und gebe an welche Prozessgrößen das jeweilige Modell berücksichtigt! 1. Modell nach Justi -> u=f(T,λ), aber u≠f(p) 2. Modell nach Zachariass -> u=f(p,T,λ) 3. Modell nach Heywood -> u=(p,T,C/H-Verhältnis) 4. Modell nach Grill -> u=(p,T, Verhältnis der Spezies)
• Warum sind die Modelle von Zacharias und Justi ausschließlich für Dieselmotoren geeignet? Beide Modelle nehmen bei der Berechung der inneren Energie ein festes C/H-Verhältnis an.
• Welches Modell der inneren Energie kann Aussagen über die NOx-Emissionen treffen? Modell nach Grill
• Welche 2 Modelle der inneren Energie sind für Otto- und Gasmotoren geeignet? 1. Modell nach Heywood 2. Modell nach Grill
• Welche 2 physikalischen Effekte bleiben im Ersatzbrennverlauf gänzlich unberücksichtigt? 1. Reaktionskinetik 2. Fluiddynamik
• Nenne 4 gebräuchliche Ersatzbrennverläufe! 1. Vibe2. Doppel-Vibe3. Polygon-Hyperbel4. Vibe-Hyperbel
• Nenne die 3 physikalischen Modellannahmen eines 2-Zonen-Modells! 1.) pzyl = p1 = p2 2.) Vzyl = V1 + V2 3.) mzyl = m1 + m2
• Nenne 2 Vor- und 2 Nachteile der Füll- und Entleermethoden! + Verhältnismäßig einfaches Verfahren+ Für viele Anwendungen ist die Genauigkeit ausreichend - Gasdynamische Effekte (Schwingrohr, Resonanzaufladung) werden nicht erfasst- Abweichungen nehmen mit der Drehzahl und größeren Volumina zu
• Welchem Zweck dient eine DVA, welchem eine APR? DVA -> Analyse einer Prüfstandsrechnung APR -> Simulation eines Betriebspunkts
• Der Ladedruck eines Motorkonzepts wird erhöht. Welcher Wirkungsgrad wird darunter am stärksten leiden? Mechanischer Wirkungsgrad erhöhter Ladedruck -> Lasterhöhung -> erhöhte Reibung
• Der Reibmitteldruck steigt über Drehzahl und Last. Welcher Einfluss dominiert? Drehzahleinfluss
• Nenne 5 Vorteile und 2 Nachteile einer Ladeluftkühlung! + Verbesserte Füllung+ Temperaturniveau gesenkt (Bauteilbelastung und Wandwärmeverluste sinken)+ Reduziert NOx-Emissionen+ Geringeres Klopfrisiko bei Ottomotoren+ höhere Leistung möglich - Kosten- Benötigter Bauraum
• Nenne die 4 Aufladeverfahren! 1. Nutzung gasdynamischer Effekte 2. Mechanischer angetriebener Lader 3. Aufladesysteme mit Abgasenergienutzung 4. Kombination der 3 Verfahren
• Nenne die vier Voraussetzungen der akustischen Theorie (1-D)! 1. Infinitessimale Störung des Referenzzustands "0" 2. Teilchengeschwindigkeit u klein im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit c 3. Dichteänderung vernachlässigbar 4. Strömung adiabat und reibungsfrei
• Nenne die 3 Flammentypen in Verbrennungsmotoren! 1. Flammenfrontverbrennung 2. Diffusionsverbrennung 3. Homogene Raumzündung
• Erkläre die Anomalie Klopfen der ottomotorischen Verbrennung! - Unkontrollierte Selbstzündung des Gemischs- Durch Verbrennung der ersten Kraftstoffteile wird das restliche Gemisch weiter verdichtet -> Selbstzündung- Entstehende Druckwellen -> mechanische und thermische Überbelastung
• Erkläre die Anomalie Glühzünden der ottomotorischen Verbrennung! Normales Glühzünden: Unkontrollierter Verbrennungsbeginn durch heiße Stelle im Motor Klopfendes Glühzünden: Infolge Glühzündung setzt Verbrennung zu früh ein -> Klopfen
• Nenne die 3 Verfahren der ottomotorischen Kraftstoffeinbringung! 1. Saugrohreinspritzung PFI 2. Direkteinspritzung DI 3.Vergasertechnologie
• Wie unterscheidet sich der Homogenbetrieb vom Schichtladebetrieb? Sie unterscheiden sich im Einspritzzeitpunkt. Homogenbetrieb: Einspritzung bereits während des Ansaugtaktes Schichtladebetrieb: Einspritzung während der Verdichtung
• Nenne die 4 Zündverfahren des Magergasmotors! 1. Direktzündung2. Ungespülte Vorkammer / Vorkammerzündkerze3. Gasgespülte Vorkammer4. Zündung durch Dieselpiloteinspritzung (Zündstrahlmotor)
• Nenne 4 Nachteile des Wasserstoffmotors! - Leistungseinbußen durch Liefergradverluste (geringer Gemischheizwert)- Erhöhter Aufwand für Speicherung und Förderung- Energieaufwändige Gewinnung des Wasserstoffs- Unregelmäßiger Verbrennungsablauf (Klopfen, Glühzünden, Wasseranlagerungen an Zündkerze bei Kaltstart, Rückzündng in der Ansaugphase)
• Nenne 2 Motoren mit geteiltem Brennraum! - Vorkammermotor - Wirbelkammermotor
• Modell nach Justi: Nenne einen Vorteil und 5 Nachteile! + Sehr einfache Berechnugsmethode für die Kalorik - Gilt nur für lambda >= 1 (magere Gemische)- Zusammensetzung der Verbrennungsluft wird als konstant vorausgesetzt- Unterschiedlicher Wassergehalt der Luft wird nicht berücksichtigt- Ansatz gilt nur für ein festes C/H-Verhältnis (Diesel)- Keine Berücksichtigung von Dissoziation (Aufspaltung von Molekülen bei hohen Temperaturen)
• Modell nach Zacharias: Nenne einen Vorteil und 5 Nachteile! + Abbildung der Druckabhängigkeit - gilt nur für lambda >= 1 (magere Gemische)- Zusammensetzung der Verbrennungsluft wird als konstant vorausgesetzt- Unterschiedlicher Wassergehalt der Luft wird nicht berücksichtigt- Keine Berücksichtigung von Dissoziation- Ansatz gilt nur für ein festes C/H-Verhältnis (Diesel)
• Modell nach Heywood: Nenne 3 Vorteile und 2 Nachteile! + kann beliebig komplex aufgebaut werden+ frei wählbares C/H-Verhältnis+ Anwendung für Diesel, Otto und diverse Gase - keine Berücksichtigung der Dissoziation- keine Betrachtung der NOx-Entstehung möglich
• Modell nach Grill: Nenne 3 Vorteile und einen Nachteil! + Vorausberechnung von NOx-Emissionen möglich+ Berücksichtigung der Reaktionskinetik+ Anwendung für Diesel, Otto und diverse Gase - aufwändige Kalorik -> lange Rechenzeiten
• Warum wird der Wärmeübergang durch Strahlung in nahezu allen empirischen Modellen nicht separat berücksichtigt? Der Anteil der Strahlung ist im Vergleich zur Konvektion gering.
• Erkläre die Bestandteile der Flammenstrahlung! Flammenstrahlung = Gasstrahlung + Rußstrahlung Gasstrahlung: Verbrennung des Gasgemisches ohne wesentliche Leuchterscheinung-> Ottomotor Rußstrahlung: Leuchtende Flamme durch glühende Rußpartikel-> Dieselmotor
• Welche 3 Vorteile bringt ein Mehrzonenmodell im Vergleich zum 2-Zonenmodell? 1.) Durch weitere Zonen kann eine Temperaturschichtung im Brennraum modelliert werden: Bessere Aussagen zu Wandwärmeübergang und Schadstoffbildung möglich. 2.) Separate Behandlung von Gebieten mit speziellen Strömungseigenschaften. 3.) Berechnung von Kammermotoren.
• Nenne 2 Vorteile und 2 Nachteile der Füll- und Entleermethode in der 0-D Modellierung! + Verhältnismäßig einfaches Verfahren+ Für viele Verfahren ist die Genauigkeit der Methode ausreichend - Gasdynamische Effekte (Schwingrohr, Resonanzaufladung) werden nicht erfasst- Abweichungen nehmen mit der Drehzahl und größeren Volumina zu
• Wie ist der Reibmitteldruck definiert? Reibmitteldruck = induzierter Mitteldruck - effektiver Mitteldruck
• Welche 4 Aktoren/Sensoren werden für den HCCI-Betrieb benötigt? 1) Zentrale Einspritzventilanordnung2) Elektrischer Nockenwellensteller3) Zylinderdruck-Sensorik4) 2-stufiger Ventilhub
• Welche 5 Ziele können durch Aufladung und akustische Theorie erreicht werden? 1.) Bessere Drehmoment- und Leistungscharakteristik 2.) Besseres Leistungsgewicht 3.) Wirkungsgradsteigerung 4.) Niedrigere Kosten bei gleicher Leistung 5.) Geringerer Raumbedarf
• Ladeluftkühlung: Nenne 5 Vorteile und 2 Nachteile! + Verbesserte Füllung+ Temperaturniveau gesenkt (geringere thermische Belastung der Bauteile, reduzierte Wandwärmeverluste)+ Reduziert NOx-Emissionen+ Geringeres Klopfrisiko bei Ottomotoren+ Höhere Leistung möglich - Kosten- Benötigter Bauraum
• Wie wird die Turbine häufig vereinfacht betrachtet um den Rechenaufwand zu reduzieren? Was muss bei diesem Modell berücksichtigt werden? - Turbine wird als Drossel modelliert - Der Fehler durch ein zu frühes Sperren muss berücksichtigt werden
• Nenne die 7 Teilsysteme eines Verbrennungsmotors! 1) Ansaugsystem2) Schmierölsystem3) Kraftstoffsystem4) Kühlsystem5) Brennraum6) Abgassystem7) Einspritzsystem
• Welche 3 Stellhebel werden bei einem Lastwechsel genutzt? 1.) Zündung (schnell)2.) Einspritzung (schnell)3.) Luftpfad (langsam) Durch zusätzliche Volumina bei der ATL wird die Totzeit zusätzlich erhöht.
• 2-stufige Abgasturboaufladung: Nenne 3 Vor- und 3 Nachteile! + Höheres Ladedruckniveau (effektiver Mitteldruck steigt)+ Besserer Aufladungswirkungsgrad+ Reduktion der Verdichterarbeit durch Zwischenkühlung - Schlechteres dynamisches Verhalten (größere Volumina und Massen)- Erhöhter Bauraum, Gewicht und Kosten- Abgassystem thermisch träger
• 3D-Simulation: Nenne 4 Möglichkeiten der geometrischen Vernetzung! 1) Strukturierte Gitter:regelmäßiges Raster, einfache Speicherverwaltung, nur für einfache Geometrien 2) Unstrukturierte Gitter:flexibles Rastern und Formen der Zellen, für kompliziertere Geometrien, Berechnung aufwändiger 3) Blockstrukturierte Gitter:mehrere Blöcke aus strukturierten Gitter 4) Hybrid-Gitter:mehrere Blöcke aus strukturierten und unstrukturierten Gitter, für Mix aus einfachen und komplizierteren Geometrien
• Navier-Stokes: Nenne die 3 Erhaltungsgleichungen! 1) Massenerhalt2) Energieerhalt3) Impulserhalt
• Wie unterscheidet sich die Eulersche von der Lagrangen Betrachtungsweise? Euler: Strömung wird vom raumfesten Punkt aus betrachtet Lagrange: Betrachter bewegt sich mit dem Fluidelement und beobachtet dessen Änderung
• Nenne 2 Modelle zur Modellierung der Selbstzündung bei einem Dieselmotor! 1) Single-Step Mechanismus 2) Shell Modell
• Welche 2 Aufgaben erfüllt der Zündfunken? 1) Aufheizen der Mischung über die 3. Explosionsgrenze 2) Bereitstellung hoher Radikalkonzentration für die Kettenreaktion

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