Köhler Verbrennungsmotoren

Motormechanik, Berechnung und Auslegung des Hubkolbenmotors
1998
ISBN: 978-3-322-96833-3
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 386 Seiten, eBook

Reihe: ATZ/MTZ-Fachbuch

Die bewegten und unbewegten Bauteile eines Kolbenmotors sind statischen und dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt, die den Gesetzen der Mechanik folgen. In diesem Buch werden die einzelnen Motorkomponenten mit den dazugehörenden Berechnungsverfahren vorgestellt.

Autoren/Hrsg.

Köhler, Eduard

Inhaltsverzeichnis

2 Einleitung.- 2.1 Bedeutung der Berechnung im Entwicklungsprozeß.- 2.2 Abgrenzung zwischen Mechanik und Thermodynamik.- 2.3 Anmerkungen zum ausgewählten Stoffund zur Vertiefung.- 3 Kriterien bei der Motorauslegung.- 3.1 Zur Veränderlichkeit von Motorkenndaten.- 3.2 Definition wichtiger Motorkenndaten.- 3.2.1 Hubvolumen (Hubraum).- 3.2.2 Leistung und Drehmoment.- 3.2.3 Spezifische Leistung.- 3.3 Festlegung der Hauptabmessungen in Verbindung mit der Triebwerksauslegung.- 3.3.1 Hub-/Bohrungsverhältnis.- 3.3.2 Pleuelstangenverhältnis und Pleuellänge.- 3.3.3 Blockhöhe (Zylinderdeckhöhe).- 3.3.4 Kolbendurchmesser und Kolbenmasse.- 3.3.5 Kompressionshöhe des Kolbens.- 3.3.6 Hub, Bohrung und Zylinderzahl.- 3.3.7 Zylinderlänge, untere Kolbenschaftlänge, Austauchen des Kolbens.- 3.3.8 Kurbelwellenfreigang und Kolbenschaftlänge.- 3.3.9 Weitere Kolbenhauptabmessungen.- 3.4 Weitere Motorhauptabmessungen.- 3.4.1 Zylinderabstand und Stegbreite.- 3.4.2 Zylinderbankversatz bei V-Motoren, Auswirkungen auf Zylinderabstand und Stegbreite.- 3.5 Betrachtungen zum optimalen Pleuelstangenverhältnis.- 3.6 Betrachtungen zum Oberflächen-/Volumenverhältnis des Brennraums.- 3.7 Zusätzliche Begriffe und Defmitionen.- 3.8 Mittlerer effektiver Druck bzw. spezifische Arbeit.- 4 Berechnung und Auslegung von Bauteilen.- 4.1 Das Pleuel.- 4.1.1 Funktion, Anforderungen und Gestaltung.- 4.1.2 Beanspruchung des Pleuels.- 4.1.3 Gestaltfestigkeit des Pleuels — konventionelle Berechnungsverfahren.- 4.1.4 Konventionelle Berechnungsverfahren zur Auslegung der Pleuelkopfverschraubung.- 4.2 Der Kolben.- 4.2.1 Vorbemerkung zur Kolbenberechnung.- 4.2.2 Funktion und Anforderungen.- 4.2.3 Beanspruchung des Kolbens.- 4.2.4 Konventionelle Berechnung des Kolbens.- 4.2.5 Berechnung der Kolbensekundärbewegung.- 4.2.6 Rechnergestützte Festigkeitsberechnung des Kolbens.- 4.3 Die Kolbenringe.- 4.3.1 Vorbemerkung zu den Berechnungsmöglichkeiten des Kolbenringverhaltens.- 4.3.2 Funktion und Anforderungen.- 4.3.3 Auf den Kolbenring wirkende Kräfte.- 4.3.4 Elastomechanik des Kolbenrings.- 4.3.5 Rechnerische Simulation der Kolbenringfunktion.- 4.4 Die Kurbelwelle.- 4.4.1 Funktion und Anforderungen.- 4.4.2 Beanspruchung der Kurbelwelle.- 4.4.3 Gestaltfestigkeit der Kurbelwelle.- 4.4.4 Rechnergestützte Festigkeitsberechnung der Kurbelwelle.- 4.5 Das Zylinderkurbelgehäuse (ZKG).- 4.5.1 ZKG-Konzepte.- 4.5.2 Beanspruchung des ZKG, allgemeiner konstruktiver Aufbau und Funktionsmerkmale.- 4.5.3 ZKG-Leichtbau.- 4.5.4 ZKG-Berechnung.- 4.5.5 Zylinderlaufbüchsen.- 4.5.6 Zylinderverschleiß.- 4.6 Der Zylinderkopf (ZK).- 4.6.1 Konstruktiver Aufbau und Funktionsmerkmale des ZK.- 4.6.2 Die besondere Problematik der thermischen ZK-Beanspruchung.- 4.6.3 ZK-Werkstoffe und -Gießverfahren.- 4.6.4 Ladungswechselkanäle, Ventilwinkel, Brennraumgeometrie und ZK-Bauhöhe.- 4.6.5 Berechnung des ZK mittels FEM.- 4.7 Die Zylinderkopfdichtung.- 5 Berechnung und Auslegung des Ventiltriebs.- 5.1 Das Ventil.- 5.2 Anzahl der Ventile pro Zylinder.- 5.3 Variable Ventilsteuerung (VVS).- 5.3.1 Begriffe in Verbindung mit der Ventilsteuerung.- 5.3.2 Entwicklungstendenzen der VVS.- 5.4 Steuerelemente des Ventiltriebs.- 5.4.1 Definition der Nockenform.- 5.4.2 Ventilerhebung, -geschwindigkeit und -beschleunigung unter Berücksichtigung der Kinematik der Ventilbetätigung.- 5.4.3 Die Ventilfeder.- 5.5 Dynamik des Ventiltriebs.- 5.5.1 Dynamisches Verhalten des Systems ohne Berücksichtigung der Elastizitäten.- 5.5.2 Ventiltriebsschwingungen.- 5.5.3 Anmerkungen zur Ventiltriebsreibung, zum Ventiltriebsgeräusch und zur Dynamik des Gesamtsystems.- 5.6 Anmerkungen zu Nockenwellenwerkstoffen, -herstellung und -lagerung.- 6 Motorgeräusch.- 6.1 Motorgeräusch und Fahrgeräusch — gesetzliche Vorschriften.- 6.2 Motorgeräusch - Teilschallquellen und Geräuschursachen.- 6.3 Indirekt erzeugtes Motorgeräusch — Entstehung, Übertragung und Abstrahlung.- 6.4 Zylinderdruckverlauf und resultierendes Zylinderdruckspektrum.- 6.5 Vorausberechnung des akustischen Verhaltens der Motorstruktur.- 6.5.1 Schwingungsverhalten der Motorstruktur.- 6.5.2 Geräuschreduzierende Strukturveränderungen am Zylinderkurbelgehäuse (Motorblock) und deren physikalischer Hintergrund.- 6.5.3 Akustische Betrachtungen zur Kurbelwelle, deren Lagerung und das Verhalten des Schmierfilms im Zusammenhang mit dem „inneren“ Körperschall-Leitweg.- 6.5.4 Berechnung der Lufschallabstrahlung von der schwingenden Motorstruktur.- 6.6 Bemerkung zu weiteren Geräuschquellen am Motor.- 7 Zusammenfassung und Ausblick.- I Anmerkungen zu den Grundlagen der Finite-Element-Methode (FEM).- II Zur Matrizen-Theorie der Statik — Verschiebungsmethode.- III Lösung von Differentialgleichungen mit Hilfe der FEM.- IV Anmerkungen zur Finite-Differenzen-Methode (FDM).- V Anmerkungen zur Boundary-Element-Methode (BEM).- VI Anmerkungen zum „modalen Modell“ (Modal-Analyse).- Sachwortverzeichnis.

Über Autor(innen)

Privatdozent Dr.-Ing.habil. Eduard Köhler ist Leiter der Produktentwicklung eines großen Automobilzulieferers in Neckarsulm. Er hat die Lehrberechtigung für das Fach 'Konstruktion von Verbrennungsmotoren' an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg.