20. Thermodynamische Grundlagen

Zunächst wird die grundsätzliche Wirkungsweise einer thermischen Energiewandlungsmaschine zur Wandlung von Primärenergie in mechanische Arbeit an Hand einer einfachen Skizze erläutert und der Carnotwirkungsgrad, der maximal mögliche Wirkungsgrad thermischer Kraftmaschinen abgeleitet. Anschließend wird die Kinematik des Kurbeltriebs der Kolbenmaschine erläutert und die Beziehung für die Kolbengeschwindigkeit abgeleitet. Der 1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik zur Beschreibung von geschlossenen und offenen Kreisprozessen, sowie die entsprechenden p,V- Diagramme für den Vier- und Zweitaktmotor vorgestellt. Die Beziehungen für den thermischen Wirkungsgrad für ideale Kreisprozesse werden abgeleitet und die wesentlichen Schritte von den idealen über offene Prozesse zum Realprozess werden dargelegt. Dafür werden die wichtigsten Kenngrößen und Kennwerte wie effektiver Mitteldruck, effektive Leistung, thermischer Wirkungsgrad und effektiver Verbrauch angegeben. Des Weiteren wird das Verhalten isentroper Strömungen vorgestellt und die Beziehung für die Strömung in Ventilen abgeleitet. Abschließend werden der reale Diesel- und Ottoprozess betrachtet und deren grundsätzlichen Charakteristiken an Hand von Motorkennfeldern für Voll- und Teillast erläutert. Das Kapitel schließt mit einem ausführlichen Literaturverzeichnis.