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2009 | Buch

Verbrennungsmotoren

Motormechanik, Berechnung und Auslegung des Hubkolbenmotors

verfasst von: Eduard Köhler, Rudolf Flierl

Verlag: Vieweg+Teubner

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Über dieses Buch

Die Mechatronik im Fahrzeug hat heute entscheidenden Einfluss auf die Gestaltung der Radaufhängungen, Bremsen und Lenkungen und die dadurch möglichen aktiven Eingriffe. Steuerungen und Regelungen ermöglichen so eine fahrdynamische Regelung, für deren Entwurf und Erprobung vertiefte Kenntnisse der Modellbildung, Simulation sowie der Längs- und Querdynamik erforderlich sind.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
2. Einleitung
Auszug
Konstruktion, Berechnung und Versuch stehen in einer gegenseitigen Abhängigkeit, wie sie z. B. in [A1] beschrieben wird. Die Entwicklungsbereiche, die im Wesentlichen in diese drei Organisationseinheiten unterteilt sind, sehen sich mehr und mehr dem Druck immer kürzerer Entwicklungszeiten ausgesetzt. Vorgehensweisen wie „Simultaneous Engineering“ o. Ä. gewinnen damit zunehmend an Bedeutung. Je leistungsfähiger die Beiträge der Berechnung sind, umso stärker kann sie in die Entwicklungsabläufe eingebunden werden. Entscheidend für die Wirksamkeit der Berechnung ist somit ihre Integration in den Entwicklungsprozess. Dies setzt bei anspruchsvollen Aufgaben problemorientierte Software, leistungsfähige Hardware und anwenderfreundliche Benutzeroberflächen voraus. Der eindeutige Vorteil der Berechnung (hier gleichzusetzen mit der Simulation) ist der, dass bereits lange vor der Verfügbarkeit von Prototypen eine Voroptimierung durchgeführt werden kann, wodurch sich die Anzahl der zu untersuchenden Versuchsvarianten auf ein Minimum reduziert. Somit ist ein erheblicher Einsparungs- und Beschleunigungseffekt zu verzeichnen. Insbesondere was die Parametervariation anbetrifft, kennt die Berechnung im Gegensatz zum Versuch keinerlei Einschränkungen, wenngleich auch bei der Erstellung von aufwändigen Rechenmodellen, wie schon erwähnt, die Wirtschaftlichkeit zu beachten ist. Die Berechnung leistet damit einen nicht zu unterschätzenden Beitrag zur Senkung der Entwicklungskosten. Berechnung und Versuch ergänzen sich auch dort, wo einspuriges Vorgehen in den Möglichkeiten begrenzt und damit nicht zielführend ist (z. B. unverhältnismäßig hoher Messaufwand).
3. Kriterien bei der Motorauslegung
Auszug
Bei der Auslegung eines Motors sind bereits für den ersten Entwurf eine Anzahl von Festlegungen zu treffen. Wichtige Motorhauptabmessungen ergeben sich direkt aus der Triebwerksauslegung. Dabei ist eine Anzahl von Gesichtspunkten maßgeblich, deren physikalischer Hintergrund weltweit in Fachbüchern und Veröffentlichungen erörtert wird. Die Vielfalt des Schrifttums macht es schwierig, einzelne Quellen hervorzuheben. Dennoch können stellvertretend für die Standardwerke über Verbrennungskraftmaschinen z. B. [B1–B4] genannt werden. Aktuelleres Wissen vermitteln z. B. [B5], [B6].
4. Berechnung und Auslegung von Bauteilen
Auszug
Das Pleuel überträgt die auf den translatorisch bewegten Kolben wirkenden Gaskräfte und die oszillierenden Massenkräfte des Triebwerks auf den rotierenden Hubzapfen der Kurbelwelle. Daraus resultieren folgende Anforderungen an dieses Bauteil:
  • geringe Masse, da ein Teil der Pleuelmasse den oszillierenden Triebwerksmassen zuzurechnen ist
  • ausreichende Gestaltfestigkeit insbesondere in Hinblick auf:
    • Formsteifigkeit des Pleuelkopfes und des Pleuelauges; unzulässige Ovalverformung beeinträchtigt hydrodynamischen Schmierfilm und im Extremfall ist „Lagerklemmen“ möglich
    • Knicksicherheit des Pleuelschafts
    • dauerfeste Pleuelschraubenverbindung; ausreichende Sicherheit gegen Klaffen in der Teilungsfuge des Pleuelkopfes
  • ausreichende Dimensionierung der Lagerstellen unter Berücksichtigung der Tragfähigkeit der Lager
5. Berechnung und Auslegung von Baugruppen
Auszug
Der Ladungswechsel, d. h. das Ausschieben des Abgases und das Füllen des Zylinders mit Luft oder Frischgas (Bild 5.1-1), beeinflusst den Drehmomentverlauf über der Motordrehzahl an der Volllast, Verbrauch und Emissionen in der Teillast und die Leerlaufqualität des Motors entscheidend. Streng genommen umfasst der Ladungswechsel den Austausch der Zylinderfüllung. Da das Einströmen des Frischgases in den Zylinder die Gemischaufbereitung und das Strömungsfeld im Zylinder prägen und der Anteil von Abgas, der im Zylinder als so genanntes Restgas verbleibt, durch den Ladungswechsel gesteuert wird, beeinflusst der Ladungswechsel auch die Verbrennung und die Mengen an schädlichen Emissionen wesentlich. Dabei unterscheidet sich das Ausschieben von Abgas deutlich von den Einströmvorgängen.
6. Motorgeräusch
Auszug
Das Motorgeräusch ist nicht exakt vorausberechenbar. Diese Aussage muss diesem Abschnitt vorangestellt werden. Es ist dennoch auf halbempirischem Weg möglich, das Motorgeräusch nach erfolgter Kategorisierung innerhalb gewisser Genauigkeitsgrenzen vorherzusagen. Darüber hinaus gelingt es bereits ziemlich gut, relative Verbesserungen oder Verschlechterungen hinsichtlich eines veränderten Zylinderdruckverlaufs, strukturmechanischer Maßnahmen sowie Veränderungen am Ansaugtrakt und Abgasschalldämpfersystem zu berechnen.
7. Zusammenfassung und Ausblick
Auszug
Das vorliegende Buch befasst sich mit der Motor-Mechanik. Dabei stehen die Berechnung und zeitgemäße Auslegung von Motorkomponenten und Baugruppen für Pkw- und Nkw-Hubkolbenmotoren im Vordergrund. Diese fachliche Beschränkung dient der Begrenzung des Gesamtumfangs des Buches.
Backmatter
Metadaten
Titel
Verbrennungsmotoren
verfasst von
Eduard Köhler
Rudolf Flierl
Copyright-Jahr
2009
Verlag
Vieweg+Teubner
Electronic ISBN
978-3-8348-9251-5
Print ISBN
978-3-8348-0490-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-8348-9251-5

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