Verbrennungsmotoren (eBook)

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Günter Merker war bis zu seiner Pensionierung am 30.09.2005 Leiter des Instituts für Technische Verbrennung an der Universität Hannover. apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Christian Schwarz ist Abteilungsleiter bei der BMW AG München, zuständig für Ladungswechsel und Verbrennung in der Ottomotoren-Serienentwicklung. aapl. Prof. Dr.-Ing. habil. Gunnar Stiesch ist Teamleiter in der Entwicklung der MTU Friedrichshafen GmbH. Dr. rer. nat. Frank Otto arbeitet als Projektleiter des Forschungsprojekts „EUROS5 und CO2“ bei der DaimlerChrysler AG.

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 6
Abkürzungen 11
Formelzeichen 12
Griechische Symbole 17
Operatoren 19
Indices 19
1 Einleitung 24
1.1 Vorbemerkungen 24
1.2 Modellbildung 24
1.3 Simulation 26
2 Einführung in die Funktionsweise von Verbrennungsmotoren 29
2.1 Energiewandlung 29
2.2 Hubkolbenmotoren 30
2.3 Thermodynamik des Verbrennungsmotors 36
2.4 Kenngrößen und Kennwerte 52
2.5 Motorenkennfelder 55
2.6 Aufladung 59
3 Grundlagen der Reaktionskinetik 68
3.1 Chemisches Gleichgewicht 68
3.2 Reaktionsgeschwindigkeit 71
3.3 Partielles Gleichgewicht und Quasi-Stationarität 72
3.4 Brennstoffe 75
3.5 Oxidation von Kohlenwasserstoffen 81
4 Motorische Verbrennung 84
4.1 Ottomotor 84
4.2 Dieselmotor 97
4.3 Druckverlaufsanalyse 113
5 Phänomenologische Verbrennungsmodelle 123
5.1 Dieselmotorische Verbrennung 124
5.2 Ottomotorische Verbrennung 138
6 Schadstoffbildung 142
6.1 Abgaszusammensetzung 142
6.2 Kohlenmonoxid (CO) 143
6.3 Unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) 144
6.4 Partikelemission beim Dieselmotor 153
6.5 Stickoxide 158
7.1.1 Grundlagen 168
7.1.2 Mechanische Arbeit 170
7.1.3 Ermittlung des Massenstroms durch die Ventile / Ventilhubkurven 170
7.1.4 Wärmeübergang im Zylinder 173
7.1.5 Wärmeübergang im Auslasskrümmer 182
7.1.6 Wandtemperaturmodelle 183
7.1.7 Brennverlauf 186
7.1.8 Klopfende Verbrennung 199
7.1.9 Innere Energie 203
7.2.1 Modellierung des Hochdruckteiles nach Hohlbaum 212
7.2.2 Modellierung des Hochdruckteiles nach Heider 215
7.2.3 Ergebnisse der NOx-Berechnung mit Zwei-Zonen-Modellen 218
7.2.4 Modellierung des Ladungswechsels beim 2-Takt-Motor 220
7.3.1 Modellierung peripherer Komponenten 222
7.3.2 Modellbildung 224
7.3.3 Integrationsverfahren 225
7.4.1 Grundgleichungen der eindimensionalen Gasdynamik 226
7.4.2 Numerische Lösungsverfahren 230
7.4.3 Randbedingungen 233
7.5.1 Strömungsverdichter 239
7.5.2 Verdrängerlader 249
7.5.3 Strömungsturbine 250
7.5.4 Abgasturbolader 262
7.5.5 Ladeluftkühlung 265
8 Gesamtprozessanalyse 271
8.1 Allgemeines 271
8.2 Thermisches Motorverhalten 271
8.3 Motorreibung 284
8.4 Motorsteuerung/Regelung 287
8.5 Darstellung des Motors als Kennfeld 294
8.6 Stationäre Simulationsergebnisse (Parametervariationen) 300
8.7 Transiente Simulationsergebnisse 312
9 Strömungsmechanische Simulation 324
9.1 Dreidimensionale Strömungsfelder 324
9.2 Simulation von Einspritzprozessen 354
9.3 Simulation der Verbrennung 384
Literatur 415
Stichwortverzeichnis 424