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About this book

Aufbauend auf die Zusammenstellung relevanter Grundlagen der Thermodynamik und die Darstellung idealisierter Motorprozesse werden aktuelle null-, quasi-, ein- und mehrdimensionale Methoden zur Analyse und Simulation des realen Motorprozesses besprochen, wobei Fragen des Wärmeübergangs, der Verbrennung, der Schadstoffbildung und des Ladungswechsels inklusive Aufladung erörtert werden. Der enge Bezug zur Praxis ist u.a. durch die Analyse des Arbeitsprozesses einer Reihe charakteristischer moderner Verbrennungsmotoren gegeben. Das Buch eignet sich als Lehrbuch für Studenten und angehende Ingenieure ebenso wie als Nachschlagewerk für Fachleute in der Praxis.

Table of Contents

Frontmatter

1. Allgemeine Grundlagen

Zusammenfassung
Der Arbeitsprozess der Kolbenverbrennungskraftmaschine ist ein außerordentlich komplizierter thermodynamischer Vorgang. Er beinhaltet allgemeine Zustandsänderungen mit Wärmeübergang in einem weiten Temperatur- und Druckbereich, chemische Prozesse während und nach der Verbrennung, instationäre Vorgänge und Strömungen im Arbeitsraum und beim Ladungswechsel, Verdampfungsvorgänge vor allem bei der Gemischbildung usw.

2. Verbrennung

Zusammenfassung
Die Verbrennung stellt den entscheidenden Vorgang im Arbeitsprozess des Verbrennungsmotors dar. Der starke Anstieg von Temperatur und Druck infolge der Verbrennung liefert die Nutzarbeit der Verbrennungskraftmaschine, verursacht aber auch den Wandwärmeverlust und ist für die Schadstoffbildung verantwortlich.

3. Idealisierte Motorprozesse

Zusammenfassung
In diesem Abschnitt sollen die wichtigsten Kenngrößen des motorischen Arbeitsprozesses definiert und die Beziehungen zwischen ihnen abgeleitet werden (vgl. DIN 1940 [3.1]).

4. Analyse und Simulation des Systems Brennraum

Zusammenfassung
Gelingt es, durch Beobachtung eines Systems auf die Gesetzmäßigkeiten seiner Abläufe zu schließen und diese unter Einbeziehung der wesentlichen Parameter mathematisch zu formulieren, ist ein Rechenmodell für das betreffende System gefunden. Der Vorgang der Beschreibung eines existierenden Systems wird als Analyse bezeichnet. Nach entsprechender Validierung des Modells durch Experimente kann es auch zur Simulation herangezogen werden, d. h. zur Vorhersage des Verhaltens ähnlicher Systeme.

5. Ein- und Auslasssystem, Aufladung

Zusammenfassung
Für die Berechnung des Ladungswechsels nach Abschn. 4.2.6 sind die Verläufe der Temperaturen und Drücke an den Systemgrenzen des Brennraums als Randbedingungen vorzugeben. Die Bestimmung dieser Temperaturen und Drücke kann messtechnisch oder rechnerisch erfolgen. Die Berechnung des gesamten Einlass- und Auslasssystems stellt aufgrund der Bedeutung des Ladungswechsels und der davon abhängigen Größen wie Luftaufwand, Luftverhältnis, Restgasanteil, Motorleistung, Kraftstoffverbrauch und Abgasemission eine wichtige Aufgabe dar. Diese kann auf verschiedene Weisen mit unterschiedlicher Genauigkeit, aber auch unterschiedlichem Aufwand gelöst werden.

6. Analyse des Arbeitsprozesses ausgeführter Motoren

Zusammenfassung
Eine globale Beurteilung des Arbeitsprozesses ausgeführter Motoren kann in Energiebilanzen nach dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik erfolgen, wobei je nach Aufgabenstellung und Festlegung der Systemgrenzen der gesamte Motor oder nur ein Teilbereich des Motors wie z. B. der Brennraum untersucht wird. Eine detaillierte Auflistung und Quantifizierung theoretisch vermeidbarer Einzelverluste des Arbeitsprozesses erlaubt die Verlustanalyse, die das Verbesserungspotential für Teilbereiche der Prozessführung aufzeigt.

7. Anwendung der thermodynamischen Simulation

Zusammenfassung
Die thermodynamischeAnalyse ausgeführter Motoren beruht auf der Vorgabe von im Brennraum gemessenen Druckverläufen. Damit können in der Motorprozessrechnung einerseits Heiz- und Brennverläufe bestimmt werden, andererseits kann über eine Verlustanalyse die Effizienz des Motors in Relation zu einem Idealprozess beurteilt werden (vgl. Kap. 6).

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