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Verbrennungsmotoren

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Academic year: 2022

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4 ei

* kann Spuren von Katzen enthalten nicht für Humorallergiker geeignet alle Angaben ohne Gewehr *

Verbrennungsmotoren Formelsammlung

ηe=

ηi

z }| {

ηV −∆ηBV −∆ηW−∆ηU

| {z }

ηi,HD

∆ηLW−∆ηR

1. Grundlagen

gi= mi P

imi ni=mi

=Mi Mi P

iMiψi ri= Vi P

iVi ψi= ni P

ini M=X

i

ψiMi= X i

gi Mi

!−1

Ri=cp,i−cv,i & κi= cp,i

cv,i ⇒cv,i= Ri κi−1

Rg=X i

giRi=





Otto: RL+gB(RB−RL) Diesel: RL

mit





 Ri=RM

Mi gB=1+1

λ LSt

ρ= 1 v=m

V

2. Kreisprozesse

pi+1κpi Ti+1κ−1Ti

ηth,GD= 1− 1 κ·q

"

q εκ−1+ 1

!κ

−1

#

q= qzu cp·T1 wt,GD=−X

i

qi,i+1=− R

κ−1[κ(T3−T2)−(T4−T1)]

ηth,GR= 1−T4−T1

T3−T2= 1− 1 εκ−1 wt,GR=−X

i

qi,i+1=− R

κ−1[(T3−T2)−(T4−T1)]

ηth,SEI= 1− (T5−T1) (T3−T2) +κ(T4−T3) wt,SEI=− R

κ−1[(T3−T2) +κ(T4−T3)−(T5−T1)]

T4,SEI=

 p3

p1 ·T1 1−κ

κ ·T3

 κ

3. Kenngr¨ oßen

P(e,i,r)=pm(e,i,r)i n VH Pe=Pi−Pr=M ω ε= Vh+Vc(+VKM) Vc(+VKM)

η(e,i)= P(e,i) m

.

BHu

= 1

b(e,i)Hu ηm= Pe

Pi

= pme pmi

e ηi

= 1−pmr pmi

= bi be

pm(e,i)(e,i)λaHG

pmi=WKA Vh =









Otto: ηi VG HG

Vh =ηiλaHGi mF Z ρth Vh Hu ρG

λ LSt+1 Diesel: ηi VLVhHG¯ =ηiλaH¯G=ηi mF Z

ρth Vh Hu ρL λ LSt pme=2π

i M

VH =pmi−pmr

HG= mBHu

VG = mBHuρG mG =





Otto: mB Hu ρGmB+mL =1+Hu ρGλ LSt

Diesel: mB Hu ρL mL =Hu ρL

λ LSt

b(e,i)= m

.

B P(e,i)= 1

η(e,i)Hu BS=

m

.

B vF zg =mB

s =bePe (ρ)v

λa= mG VHρth =

m

.

G V

.

Gρth λl= mZ

Vhρth mit mZ=mZL+mZB

λ= m

.

L

m

.

B·LSt = mL mB·LSt =

m

.

L P

i

m

.

B,i·LSt,i

!

λZ= mZL

mZB·LSt = mZL mB·LSt

Sp¨ulung

̸= λ

CxHyOz+λomin

O2+79 21N2

→xCO2+y

2H2O+ (λ−1)ominO2 +λ omin79

21N2

omin=

x+y 4+q−z

2

omin,vol=lmin·rO2,f l rO2,f l= 0,21 omin,grav=lmin·gO2,f l gO2,f l= 0,23142

Lst= MO2 gO

2,f l·MB

x+y 4+q−z

2

= (2,664c+ 7,937h+ 0,998s−o) gO

2,f l c=mC

mB =MC

MBx h=MH2 MBy= MH

2MBy

4. Ladungswechsel 4-Takt

pmi=pmi,HD+pmi,LW =pmi,HD+|pE−pA| pmi,HD=

m

.

B·Hu i n VH ·ηi,HD m

.

G,AS,Zyl=

m

.

G,ges iz

360KW

∆α mG,AS,Zyl=mG,AS

z =

m

.

G,ges i n z

α(K,V)= AS A(K,V) AS=

m

.

G,AS,Zyl cS·ρS

cS= v u u u t

2κ κ−1R0T0

1− pzm

p0 κ−1

κ

ρS0 pzm

p0 1

κ

dα dt

≈∆α

∆t = 2π n= 360KW·n

∆t=∆s

v = 2lrohr

pκRLT =mG,AS,Zyl m

.

S

xR= mR mR+mZ mR=xspuel· pZVc

RGTZ

5. Ladungswechsel 2-Takt

ΛS= VZ

VZyl= mZ

ρzmVES Λa= VG VZyl = VG

VES

6. Gemischbildung

xAGR= mAGR mL+mB+mAGR

λvergaser= 1 LSt

AL AB

αL αBε

s∆pL

∆pB s∆ρL

∆ρL λinjektor=

m

.

L LSt·AB·αB·tE·i·n·z·p

2∆p ρB

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(2)

7. Aufladung

λL,AT LL,Saug TE,AT L TE,Saug

!a ε

ε−1 a∈[0,2 ; 0,5]

pmi,AT L=pmi,Saug pE,AT L pE,Saug

TE,AT L TE,Saug

!1−a ε ε−1 +pE,AT L−pA,AT L

PV =

.

mVwV 1

ηmV =

.

mVwsV 1 ηsiVηmV wsV =cpVT1

 p2

p1 κV−1

κV −1

ηsiV =T2s−T1 T2−T1 =

T2s T1 −1 T2 T1−1

= p

2 p1

κV

−1 κV −1 T2 T1−1 m

.

V,red=m

.

V pTein

pein

m

.

V,korr=m

.

red pref pTref

PT=

.

mTwT 1

ηmT =

.

mTwsTηsiTηmT

wsT =cpTT5

1− p6

p5 κT−1

κT

m

.

T ,red=

.

mT

√T5 p5

m

.

T ,korr=

.

mred pref

pTref

ηges= m

.

A m

.

V

ηAT L z }| { ηsiTηsiVηmTηmV

| {z } ηmAT L

= 1 +λLSt

λLSt ηsiTηsiVηmAT L

= wsV wsT =T1

T5 cpV

p

p21 κV−1

κV −1

cpT

1−p 6 p5

κT

−1 κT

8. Energiebilanz

.

HA=X

i

n

.

i[hi(TA)−hi(T0)] =

.

nAX

i

ψi[hi(TA)−hi(T0)]

=

.

mAX

i gi

Mi[hi(TA)−hi(T0)]

.

HA=

.

HA(TA)−

.

HAH(TEintritt)

1 = Pe m

.

BHu

| {z } ηe

+ ∆

.

HA m

.

BHu+∆

.

HKW m

.

BHu +∆

.

HLLK m

.

BHu +

Q

.

R m

.

BHu

Pe=X i

Pan,i

ηan,i Pchem=

.

mBHu=X i

m

.

B,iHu,i

9. W¨ arme¨ ubertragung

φmKonvmi[Tαi−TmW i] φm(T R)W Leit= λ

dwand h

TWli−TWrei (·fT R)

fT R= DA

Di −1 lnDA

Di

φm(T R)= λ

B(T R)(Tαi−Ta) B= λ

αmi+δ+ λ

αa mit δ=Da−Di 2 BT R= λ

αmi + δ fT R+ λ

αa Di Da

10. Kr¨ afte

FKo,osz=mosz(cos(α) +λScos(2α))r ω2

→mosz=mKo+mP l,osz

→mP l,osz=l1,(sp↔kw) l2,(sp↔ko) mP l,rot

→mP l,rot=l2,(sp↔ko) l mP l FP l= FKo,osz

cos(β)

FT=FP lsin(α+β)≈FKO,res·

sin(α) +λS 2

·sin(2α)

FR=FP lcos(α+β)≈FKO,res·

−λS

2 +cos(α) +λS 2

·cos(2α)

FKo,Anwechsel=FG−FKo,osz(±FReib)= 0!

11. Massenausgleich

F(1,2),res=q F2

+(1,2),res+F−(1,2),res2 F(±)(1,2),res=q

F(±)(1,2),x2 +F(±)(1,2),y2 F+(1,2)=F−(1,2)=1

2F01,(02)= 1

2moszr ω2S) M(1,2),res=q

M+(1,2),res2 +M−(1,2),res2 M(±)(1,2),res=q

M(±)(1,2),x2 +M(±)(1,2),y2

Fosz=FKo,osz=m a=moszr ω2(cos(α) +λScos(2α)) Frot=mrota=mrotr ω2= mKK,red+mP l,rot

r ω2 mKK,red= r1

r mKW

M1,osz= M1,min

·2 M1,rot=

M1,max

M1,min

12. Kinematik

sexakt(α) =r

"

(1−cos(α)) + 1 λS

1−q

1−λ2Ssin2(α) #

sapprox(α) =r

(1−cos(α)) +λS

4 (1−cos(2α))

λS→0

≈ r(1−cos(α)) λS=r

l = s 2l

cexakt(α) =r ω

sin(α) +λSsin)(α) cos(α) q

1−λ2Ssin2(α)

capprox(α) =r ω

sin(α) +λS 4 sin(2α)

λS→0

≈ r ωsin(α) cmax=r ω

q

1 +λ2S ∢(r, l)→ ⊥ α(cmax) = arctan

l r

= arctan 1 λS

!

cm= 2s n= 4r n

aapprox(α) =r ω2[cos(α) +λS cos(2α)]

λS→0

≈ r ω2cos(α)

13. Ventiltrieb

FN=FF,red+mN,red aN

|{z}

=

..

sN

+pA ¨Oπ 4d2Vi

!

≥0 i= l1,h↔v l2,h↔n

⇒ωN W = s

− FF,red mN,reds′′V

FF,red=FFi= (sv0+sNi)i cF = (sv0+sV)i cF mN,red=

m1,v+m2,f

2 +m3,(t,k)

i2+ JK

l22,(h↔n)+m5,st+m6,stoe

s= ds dα

..

s

N=a=s′′Nω2N W =s′′NN WSn)2 sN=1

isV

.

sN= 1

i s

.

V

..

sN=1 i

..

sV

sN=1

isV sN= 1

isV s′′N=1 is′′V s(v,n),2=

s′′(v,n),2 s′′(v,n),1s(v,n),1

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(3)

14. Brennverlaufsanalyse

dQB= κ

κ−1pα1dV+ 1

κ−1Vα1dp+αiAW

Tα1−TmW i dt

Ti,(α

1 )=pα1Vα1 mGRG

AW,α1=AKolben+AKopf+AW and(+AKompr)

| {z }

=πD(s+(ss)) Vα1=Vc

4D2sα1 v(α) =vc+ s(α)

s(180KW)

·(v1−v2)

dt= ∆α

360KW·n dmB= dQB

Hu

15. ¨ Ahnlichkeit

cm=const. p(α) =const. Tαi=const.

s2

s1 =x A2

A1 =x2 V2 V1 =x3 σm∝c2m t¨u∝D=s

16. Spannungen

S= σB σmechtherm σmech=pZ·D

2δ σtherm=E·αL

1−ν

TmW i−TmW a 2

17. Allgemein

yg−y1

xg−x1= y2−y1

x2−x1 x1,2=−p 2±

s p2

4 −q= −b±

√ b2–4ac 2a

∆X%=Xneu−Xalt Xalt ·100%

iantrieb=nmot

nrad = Mrad Mmot·ηantrieb

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