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Der o. g. Fachgebietsvertreter verfügt noch über umfängliche Arbeitsunterlagen aus seiner früheren Lehr- und Forschungstätigkeit an der Universität Siegen. Ausgewählte Inhalte hieraus, die er bisher nicht an anderer Stelle gefunden hat, sind auch heute nicht veraltet. Deshalb erscheint ihm eine Aufarbeitung derselben angebracht, um sie in eine zur Weitergabe geeignete Form zu bringen. In dieser Hinsicht sind bisher die unten genannten Skripte entstanden, die eventuell noch zukünftige Überarbeitungen und Ergänzungen erfahren werden.

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Dimensionsanalyse für Ingenieure

Für Ingenieure, die im Studium Vorlesungen über Strömungslehre und Wärme-/Stoffübertragung gehört haben, sind oftmals die Begriffe "Dimensionsanalyse" und "dimensionslose Kennzahl" eng mit speziell diesen Wissensgebieten verbunden. Die vorliegende Schrift will durch eine geraffte Darstellung der dimensionstheoretischen Grundlagen und anhand vieler Anwendungsbeispiele auf ein fundiertes Verständnis dafür hinwirken, dass die Dimensionsanalyse als ein wichtiges Werkzeug ohne jede Einschränkung in allen Bereichen der Ingenieurwissenschaften zur Verfügung steht, wo es in Theorie und Experiment um den rationellen Umgang mit "physikalischen Größen" und "physikalischen Gleichungen" geht. So z. B. bei Forschungs- und Entwicklungsarbeiten um die Aufstellung von halbempirischen Gleichungen zu bestimmten technisch-physikalischen Sachverhalten oder um die Planung und Auswertung von Versuchen sowie um die Darstellung von Versuchsergebnissen.

Mathematisches Modell der Verbrennung im Ottomotor

Die Verbrennung im Ottomotor verläuft über drei Phasen, die durch sehr unterschiedliche Kraftstoffumsatzraten und ebenso unterschiedliche Beiträge zum Gesamtumsatz des Kraftstoffes gekennzeichnet sind: 1) Zündung und Flammenentwicklung, 2) turbulente Hauptbrennphase und 3) Wandlöschphase. Basierend auf den Grundzügen der heutigen theoretischen Vorstellungen zu diesen Vorgängen und auf den wichtigsten dabei involvierten Einflussgrößen wird ein halbempririsches mathematisches Verbrennungsmodell entwickelt, wobei von dem Hilfsmittel der Dimensionsanalyse vorteilhaft und geradezu unverzichtbar Gebrauch gemacht wird. Die zunächst unbekannten Koeffizienten und Exponenten in den erhaltenen Gleichungen wurden durch den Vergleich von berechneten Druckverläufen mit Druckverlaufsmessungen an zwei Serienmotoren ermittelt.

Stoff-, Energiewandlung und Arbeitsleistung bei Verbrennungsmotoren

In Verbrennungsmotoren erfolgt eine Stoffwandlung durch Verbrennung, die sich für einen bestimmten Motorbetriebspunkt mit Hilfe der Elementbilanzen und unter Hinzunahme von selbst fehlerbehafteten Abgasmesswerten beschreiben lässt (demonstriert durch ein mitgeteiltes Rechenprogramm). Dabei wird der Teilaufgabe "Bestimmung des Luftverhältnisses Lambda aus der Abgasanalyse" besondere Aufmerksamkeit gewidmet, mit dem Ergebnis, dass die Vielfalt der bekannten Lambda-Formeln nicht zu rechtfertigen ist. ● Die Stoffwandlung wird begleitet von einer Wandlung der mit dem Kraftstoff zugeführten chemischen Energie in mechanische Arbeit, Wärme und die innere Energie des heißen Abgasstromes. Hierzu werden verschiedene Möglichkeiten zur Formulierung der Energiebilanz aufgezeigt. ● Mit einer speziellen Erweiterung des bekannten einfachen Vergleichsprozesses für einen Viertaktmotor werden die grundsätzlichen dimensionslosen Einflussparameter für den Wirkungsgrad dieses Motors abgeleitet und diskutiert.

Zur Entstehung und Ausbreitung von Selbstzündungen im Ottomotor

Das Auftreten von Selbstzündungen im Ottomotor wird maßgeblich durch die Temperaturen im Frischgasbereich vor der bewegten Flamme bestimmt. Dabei kommt - weithin unbekannt - dem instationären Wärmeübergang im Ansaugtakt zwischen den heißen Arbeitsraumwänden und dem einströmenden relativ kalten Frischgas eine besondere Bedeutung zu. Im vorliegenden Beitrag wird gezeigt, dass sich dieser Vorgang über die Verdichtungsphase hinweg in charakteristischer Weise auf die Temperaturgrenzschicht im Frischgasbereich vor der bewegten Flamme auswirkt. Hieraus folgt ein gegenüber den heutigen Vorstellungen erheblich geändertes Bild zur Entstehung und Ausbreitung von Selbstzündungen im Ottomotor, wobei zwischen Versuchs- und Serienmotoren zu unterscheiden ist. Dies betrifft auch den Mechanismus der zu den bekannten mechanischen und thermischen Bauteilschäden führen kann.