Grundlagen und Technologien des Ottomotors

verfasst von: Dipl.-Ing.Dr. Helmut Eichlseder, Dr.-Ing. Manfred Klüting, Dr. Walter F. Piock

Verlag: Springer Vienna

Buchreihe : Der Fahrzeugantrieb

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

Inhaltsverzeichnis

Über dieses Buch

Das Buch behandelt alle wesentlichen funktionellen Bereiche des modernen Ottomotors. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die theoretischen Grundlagen und ihre praktische Umsetzung gelegt. Ausgehend von den die Entwicklungsrichtung bestimmenden Rahmenbedingungen und den verwendeten Kraftstoffen werden die Gemischbildungsverfahren und die zum Einsatz kommenden Gemischbildner an Hand von praktischen Beispielen detailliert erläutert und dargestellt. Neben der Verbrennung mit klassischer Fremdzündung mit der einhergehenden Schadstoffbildung und notwendigen Abgasnachbehandlung werden auch aktuelle Entwicklungen mit homogener Selbstzündung behandelt. Der Schwerpunkt des Buches liegt bei etablierten Ottomotor-Technologien, wie variable Ventilsteuerung oder Direkteinspritzung, die den Weg in die Serie bereits gefunden haben, aber auch mit Ansätzen die aktuell in Entwicklung stehen, wie etwa nockenwellenlose Konzepte oder Motoren für Wasserstoff.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Historie und Rahmenbedingungen

Auszug

In der Historie und Bedeutung der Verbrennungskraftmaschine nimmt der Ottomotor weltweit eine herausragende, in den meisten Fällen eine dominante Rolle ein.

2. Motorischer Arbeitsprozess

Auszug

Der Ottomotor ist definiert als ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor, der ein Luft-Kraftstoff- Gemisch verbrennt und damit die im Kraftstoff enthaltene chemische Energie in Bewegungsenergie umwandelt.

3. Kraftstoffe

Auszug

Die Energie zum Betreiben des Verbrennungsmotors ist in den„zu verbrennenden“ Kraftstoffen gespeichert, wobei beim Ottomotor flü ssige und in Sonderanwendungen auch gasfö rmige zum Einsatz kommen. Am besten haben sich Kohlenwasserstoffe, also Verbindungen aus Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H), bewä hrt, da sie vergleichsweise einfach und kosteng unstig aus natü rlich vorkommendem Erdöl und Erdgas hergestellt werden können, relativ problemlos verteilbar und speicherbar sind und nicht zuletzt für den mobilen Einsatz ein hervorragendes spezifisches Energiespeichervermögen besitzen. Synthetische, aus Kohlenwasserstoffen aufgebaute Kraftstoffe, erzeugt aus Erdgas oder aus Biomasse, spielen zurzeit als ottomotorische Kraftstoffe nur eine untergeordnete Rolle. Eine Ausnahme dabei stellen auf Alkohol basierte Kraftstoffe dar, die aus Biomasse hergestellt werden und die einen regional durchaus beträchtlichen Anteil im Kraftstoff bilden können.

4. Gemischbildung

Auszug

Die Bereitstellung eines brennbaren Kraftstoff-Luft-Gemisches ist die wesentliche Aufgabe bei der Gemischbildung. Diese kann im Gegensatz zum Dieselmotor zeitlich und örtlich entkoppelt vom anschließenden Verbrennungsvorgang stattfinden. Die Gemischbildung beim Ottomotor setzt sich aus den vier Aufgaben zusammen [4.1]: Gemischdosierung (Menge und Zusammensetzung) Gemischaufbereitung (Zerstäubung, Verdampfung, Vermischung) Gemischtransport Gemischverteilung

5. Gemischbildner

Auszug

Die Aufgabe des Ansaugsystems und des Gemischbildners ist es, aus der Umgebungsluft und dem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden, das die Anforderungen des Motors im gesamten Betriebsbereich hinsichtlich Menge, Zeit und Aufbereitungsqualität erfüllt.

6. Ladungswechsel und Strömung

Auszug

Der Ladungswechsel und die Zylinderinnenströmung haben wesentlichen Einfluss auf Volllast-, Emissions- und Akustiksowie Verbrauchsverhalten eines Motors. Von der Gestaltung des Steuertriebes hängen in hohem Ausmaß auch die konstruktive Ausführung des Motors sowie die Herstellungskosten ab. Bei Viertakt-Motoren werden für den Ladungswechsel beinahe ausschließlich Tellerventile eingesetzt. Schiebersteuerungen, die in unterschiedlichster Form untersucht wurden und nur in wenigen Ausführungsformen Serienreife erlangten, konnten sich trotz der theoretisch günstigeren Zeitquerschnitte u. a. wegen der schwierigen Dichtfunktion und des hohen Schmiermittelbedarfes nicht etablieren.

7. Zündung und Entflammung

Auszug

Im konventionellen Ottomotor wird das verdichtete Gemisch im Allgemeinen durch eine Zündquelle zu einem vorgegebenen Zeitpunkt entflammt und daran anschließend verbrannt. Der Beginn des normalen Verbrennungsvorgangs im Ottomotor geht somit von einem Zündort aus und setzt sich aus folgenden Abschnitten zusammen:

Zündung und Einleitung der Flamme
Entflammung
Beginn der turbulenten Flammenausbreitung

8. Verbrennung

Auszug

Unter dem Begriff Verbrennung versteht man im Allgemeinen einen schnellen Oxidationsvorgang mit Wärmeentwicklung und meist mit Lichtemission. Bewegt sich eine Verbrennung in ein brennbares Medium hinein, so spricht man von Flammenausbreitung mit einer charakteristischen Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit. Liegen alle Komponenten in der Gasphase vor und sind darüber hinaus Brennstoff und Oxidationsmittel bereits vor der Zündung gemischt, so spricht man von vorgemischten Flammen. Sind Brennstoff und Oxidationsmittel nicht homogen vorgemischt und laufen die Mischungsvorgänge durch molekulare und turbulente Diffusion erst bei der Verbrennung ab, spricht man von nichtvorgemischten Flammen oder von Diffusionsflammen. Da die Diffusionsvorgänge langsamer ablaufen als die chemischen Reaktionen, sind diese auch geschwindigkeitsbestimmend für Flammenausbreitung bei Diffusionsflammen [8.1, 8.2].

9. Abgasnachbehandlung

Auszug

In den vorangegangenen Kapiteln wurden die Ursachen der Schadstoffentstehung und die Möglichkeiten betrachtet, direkten Einfluss auf den Verbrennungsablauf und damit auf die Rohemissionen zu nehmen. Im Zuge steigender Emissionsanforderungen konnten zunächst durch vergleichsweise einfache Maßnahmen die Schadstoffemissionen reduziert werden.

10. Ottomotorische Technologien

Auszug

Seit seinen Anfängen wurde der Ottomotor kontinuierlich weiterentwickelt. Im Laufe der Zeit haben sich die Anforderungen an den Motor und damit auch die Zielfelder der Entwicklung geändert. Galt es früher vor allem, die Motorleistung zu erhöhen (Abb. 10.1), so wird die Reduzierung der Umweltbelastung inzwischen als mehr als gleichwertiges Ziel betrachtet (Abb. 10.2). Moderne und zukünftige Motorkonzepte müssen die Zielfelder einer hohen Leistung, eines geringen Verbrauchs und niedrigster Emissionen erfüllen, aber auch die eines hohen Komforts und wirtschaftlicher Rahmenbedingungen.

11. Motorsteuerungen

Auszug

Die bei der Motorisierung anfänglich bescheidenen Aufgaben des Regelns und Steuerns wurden im Wesentlichen durch mechanische, pneumatische und hydraulische Steuerungen bewältigt. Die gestiegenen Anforderungen und die damit einhergehend gestiegene Zahl von Funktionen führte zur Entwicklung von programmierbaren Steuer- und Regelgeräten. Mittlerweile ist die Elektronik einer der wesentlichen Träger von Innovationen im Automobilbau.

Backmatter

Titel: Grundlagen und Technologien des Ottomotors
verfasst von: Dipl.-Ing.Dr. Helmut Eichlseder
Dr.-Ing. Manfred Klüting
Dr. Walter F. Piock
Verlag: Springer Vienna
Electronic ISBN: 978-3-211-47104-3
Print ISBN: 978-3-211-25774-6
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-211-47104-3