Seit einigen Jahren zählt das Verfahren des Downsizing zu den Hauptzielen bei der Konstruktion von neuen aufgeladenen Motoren. Mit Downsizing kann der Kraftstoffverbrauch und somit die Abgasemissionen eines Fahrzeugs reduziert werden. In der heutigen Zeit werden diese Ziele immer wichtiger, da der hohe Energieverbrauch durch fossile Brennstoffe stark zur Luftverschmutzung beiträgt und immer härtere Gesetzgebungsmaßnahmen die Automobilhersteller zum handeln zwingen.
Unter Downsizing versteht man zum einen die Substitution eines Motors durch einen hubraumverkleinerten, aufgeladenen Motor und zum anderen eine Steigerung der effektiven Leistung des Motors, wenn bei gleichem Hubraum der Mitteldruck erhöht wird. Das Ziel ist es, mit den kleinvolumigen Motoren die gleichen Leistungswerte zu erreichen, wie mit leistungsgleichen Saugmotoren. Infolgedessen müssen downgesizte Motoren über weitere Bereiche mit höherer Last betrieben werden, als die Saugmotoren. Daraus folgt eine Verschiebung der am meisten durchfahrenen Betriebspunkte in Bereiche höherer Motorwirkungsgrade, was sich positiv auf den spezifischen Kraftstoffverbrauch auswirkt.
Im Laufe dieser Arbeit, wird der Kraftstoffverbrauch eines Mittelklasse-Pkw, mit Antrieb durch einen Ottomotor, im ECE-Zyklus bestimmt. Der Hubraum des Motors wird von 2,8l auf 2,0l verkleinert, wobei die Motornennleistung durch Aufladung konstant gehalten wird. Nach Bestimmung des ECE-Verbrauchs des kleinen Motors, werden die Verbrauchwerte und weitere Kennzahlen der beiden Aggregate miteinander verglichen. Hierbei ist eindeutig eine Verringerung des ECE-Verbrauchs durch Downsizing zu erkennen.
Inhaltsverzeichnis
- Vorwort
- Zusammenfassung
- Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1. Geschichtlicher Rückblick
- 1.2. Ziel der Studienarbeit
- 2. Hubkolbenmotoren
- 2.1. Kurbeltrieb
- 2.2. Kenngrößen
- 2.3. Arbeitsverfahren eines Viertaktmotors
- 2.4. Verbrauchskennfeld
- 3. Aufladung
- 3.1. Grundlagen und Ziel der Aufladung
- 3.2. Downsizing: Neue Perspektiven
- 3.3. Aufladeverfahren
- 3.3.1. Mechanische Aufladung
- 3.3.1.1. Der Rootslader
- 3.3.1.2. Der Schraubenverdichter
- 3.3.1.3. Der Spirallader
- 3.3.2. Abgasturboaufladung
- 3.3.2.1. Stau-Aufladung
- 3.3.2.2. Stoß-Aufladung
- 3.3.2.3. Variable Abgasturboaufladung
- 3.3.2.4. Elektrisch unterstützte Turbolader
- 3.3.2.5. Abgasturbolader mit Schieberturbine
- 3.3.3. Druckwellenaufladung
- 3.3.1. Mechanische Aufladung
- 3.4. Ladeluftkühlung
- 3.5. Probleme beim aufgeladenen Ottomotor
- 3.5.1. Klopfende Verbrennung
- 3.5.2. Die Quantitätsregelung von Ottomotoren
- 4. Grundlagen der Antriebsdynamik
- 4.1. Fahrwiderstände
- 4.1.1. Rollwiderstand WR
- 4.1.2. Steigungswiderstand WSt
- 4.1.3. Luftwiderstand WL
- 4.1.4. Beschleunigungswiderstand WB
- 4.2. Zusammenfassung
- 4.1. Fahrwiderstände
- 5. Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs
- 5.1. Der Neue Europäische Fahrzyklus
- 5.2. Das Fahrzeug
- 5.2.1. Die Grundmaße des Pkw
- 5.2.2. Der Motor
- 5.3. Grundlagen der Berechnungen
- 5.3.1. Berechnung der Leistungshyperbeln und Widerstandslinien
- 5.3.2. Berechnung des Kraftstoffmassenstroms
- 5.3.3. Berechnung des Kraftstoffverbrauchs in l/100km
- 5.4. Ergebnisse für den 2,8l Motor
- 5.4.1. Ergebnisse der Leistungshyperbeln und Widerstandslinien für den 2,8l Motor
- 5.4.2. Die Kraftstoffmassenströme des 2,8l Motors
- 5.4.3. Ergebnis der Berechnung des Kraftstoffverbrauchs in l/100km
- 5.5. Downsizing: Ergebnisse für den 2,0l Motor
- 5.5.1. Ergebnisse der Leistungshyperbeln und Widerstandslinien für den 2,0l Motor
- 5.5.2. Die Kraftstoffmassenströme des 2,0l Motors
- 5.5.3. Ergebnis der Berechnung des Kraftstoffverbrauchs in l/100km
- 6. Zusammenfassung der Ergebnisse
- 7. Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Studienarbeit untersucht den Kraftstoffverbrauch eines VW Passat mit Ottomotor im ECE-Zyklus und den Einfluss von Downsizing auf diesen Verbrauch. Ziel ist die Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs mit einem 2,8l Motor und dessen Vergleich mit einem downgesizten, aufgeladenen 2,0l Motor bei konstanter Leistung. Der aufgeladene 2,0l Motor wird vereinfacht als Saugmotor mit reduziertem Verdichtungsverhältnis behandelt.
- Kraftstoffverbrauch im ECE-Zyklus
- Einfluss von Downsizing auf den Kraftstoffverbrauch
- Berechnung von Leistungshyperbeln und Widerstandslinien
- Anwendung eines Motorprozessprogramms
- Vergleich der Ergebnisse für 2,8l und 2,0l Motoren
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel bietet einen kurzen geschichtlichen Überblick über die Entwicklung von Kraftfahrzeugen und Verbrennungsmotoren, mit Fokus auf die Aufladungstechnik. Es definiert das Ziel der Studienarbeit: die Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs eines Mittelklasse-PKW mit 2,8l und einem downgesizten 2,0l Ottomotor im ECE-Zyklus und deren Vergleich.
2. Hubkolbenmotoren: Dieses Kapitel beschreibt die Funktionsweise von Hubkolbenmotoren, einschließlich des Kurbeltriebs und wichtiger Kenngrößen wie Hubvolumen, Verdichtungsverhältnis, Drehzahl, Arbeit und Leistung. Es erläutert das Viertaktverfahren und die Interpretation von Verbrauchskennfeldern, die Leistungshyperbeln und Muschelkurven beinhalten.
3. Aufladung: Dieses Kapitel behandelt verschiedene Aufladeverfahren, darunter mechanische Aufladung (Rootslader, Schraubenverdichter, Spirallader), Abgasturboaufladung (Stau- und Stoßaufladung, variable Turbinengeometrie, elektrisch unterstützte Turbolader, Schieberturbine), und Druckwellenaufladung. Es diskutiert die Vorteile und Nachteile der einzelnen Verfahren sowie die Bedeutung von Downsizing als aktuelles Konzept in der Motorenentwicklung und dessen Auswirkungen auf den Verbrauch.
4. Grundlagen der Antriebsdynamik: Dieses Kapitel beschreibt die Grundlagen der Antriebsdynamik und die verschiedenen Fahrwiderstände (Rollwiderstand, Steigungswiderstand, Luftwiderstand, Beschleunigungswiderstand), die bei der Berechnung des Kraftstoffverbrauchs berücksichtigt werden müssen. Es erläutert die Zusammenhänge zwischen Zugkraft, Fahrwiderständen und den Parametern des Antriebsstrangs.
5. Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs: Das Kapitel beschreibt detailliert die Methode zur Berechnung des Kraftstoffverbrauchs eines PKW im ECE-Zyklus. Es stellt den Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) vor und beschreibt die Berechnungsmethode unter Verwendung eines Motorprozessprogramms. Es werden die Ergebnisse für den 2,8l und den downgesizten 2,0l Motor separat dargestellt, inklusive der Berechnung von Leistungshyperbeln und Widerstandslinien.
Schlüsselwörter
Kraftstoffverbrauch, ECE-Zyklus, Downsizing, Ottomotor, Hubkolbenmotor, Aufladung, Abgasturboaufladung, mechanische Aufladung, Verbrauchskennfeld, Leistungshyperbeln, Fahrwiderstände, Motorprozessprogramm, NEFZ.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Studienarbeit: Kraftstoffverbrauch und Downsizing
Was ist das Thema der Studienarbeit?
Die Studienarbeit untersucht den Kraftstoffverbrauch eines VW Passat mit Ottomotor im ECE-Zyklus und den Einfluss von Downsizing auf diesen Verbrauch. Das Ziel ist der Vergleich des Kraftstoffverbrauchs eines 2,8l Motors mit einem downgesizten, aufgeladenen 2,0l Motor bei konstanter Leistung.
Welche Methoden wurden angewendet?
Die Arbeit verwendet Berechnungen im ECE-Zyklus (Neuer Europäischer Fahrzyklus) mithilfe eines Motorprozessprogramms. Es wurden Leistungshyperbeln und Widerstandslinien berechnet, um den Kraftstoffverbrauch für beide Motoren zu bestimmen. Der aufgeladene 2,0l Motor wurde dabei vereinfacht als Saugmotor mit reduziertem Verdichtungsverhältnis behandelt.
Welche Motoren wurden verglichen?
Verglichen wurden ein 2,8l Saugmotor und ein downgesizter, aufgeladener 2,0l Motor. Die Leistung beider Motoren blieb konstant.
Welche Aspekte des Kraftstoffverbrauchs werden betrachtet?
Die Arbeit betrachtet den Kraftstoffverbrauch im ECE-Zyklus, den Einfluss von Downsizing, die Berechnung von Leistungshyperbeln und Widerstandslinien, sowie die Anwendung eines Motorprozessprogramms.
Welche Arten der Aufladung werden behandelt?
Die Arbeit behandelt verschiedene Aufladeverfahren, darunter mechanische Aufladung (Rootslader, Schraubenverdichter, Spirallader), Abgasturboaufladung (verschiedene Varianten inklusive elektrisch unterstützter Turbolader und Schieberturbine) und Druckwellenaufladung.
Welche Fahrwiderstände wurden berücksichtigt?
Bei der Berechnung des Kraftstoffverbrauchs wurden Rollwiderstand, Steigungswiderstand, Luftwiderstand und Beschleunigungswiderstand berücksichtigt.
Wie ist die Arbeit strukturiert?
Die Arbeit ist in sieben Kapitel gegliedert: Einleitung, Hubkolbenmotoren, Aufladung, Grundlagen der Antriebsdynamik, Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs, Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick. Jedes Kapitel enthält detaillierte Unterkapitel.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?
Schlüsselwörter sind: Kraftstoffverbrauch, ECE-Zyklus, Downsizing, Ottomotor, Hubkolbenmotor, Aufladung, Abgasturboaufladung, mechanische Aufladung, Verbrauchskennfeld, Leistungshyperbeln, Fahrwiderstände, Motorprozessprogramm, NEFZ.
Wo finde ich detaillierte Ergebnisse?
Detaillierte Ergebnisse zur Berechnung des Kraftstoffverbrauchs für den 2,8l und den 2,0l Motor (inklusive Leistungshyperbeln, Widerstandslinien und Kraftstoffmassenströme) befinden sich in Kapitel 5.
Was ist das Fazit der Studie?
Das Fazit der Studie findet sich in Kapitel 6, "Zusammenfassung der Ergebnisse". Hier wird der Vergleich des Kraftstoffverbrauchs der beiden Motoren zusammengefasst und bewertet.
- Citar trabajo
- Petra Locskai (Autor), 2005, Der Kraftstoffverbrauch eines PKW im ECE-Zyklus bei "downsizing" des Antriebmotors, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/44656
