224181_Lösungen_001_208 14.05.2010 14:06 Uhr Seite 1 EUROPA-LEHRMITTEL für Kraftfahrzeugtechnik Arbeitsplanung Technische Kommunikation Kraftfahrzeugtechnik Fachkenntnisse Lösungen Autoren: Fischer, Richard Gscheidle, Rolf Heider, Uwe Keil, Wolfgang Schlögl, Bernd Wimmer, Alois Studiendirektor Studiendirektor Kfz-Elektriker-Meister, Trainer Audi AG Oberstudiendirektor Dipl.-Gwl., Studiendirektor Oberstudienrat Polling – München Winnenden – Stuttgart Neckarsulm – Oedheim München Gaggenau-Rastatt Stuttgart Bildbearbeitung: Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Nourney Vollmer GmbH & Co. KG, Ostfildern. Lektorat: Rolf Gscheidle, Studiendirektor, Winnenden-Stuttgart. Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden. Umschlaggestaltung unter Verwendung eines Fotos mit freundlicher Genehmigung der Firma Porsche AG, Stuttgart. 5. Auflage 2007 Druck 5 4 3 2 Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern untereinander unverändert sind. © 2007 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruiten http://www.europa-lehrmittel.de Satz: Meis Grafik, 59469 Ense Druck: Media Print Informationstechnologie, 33100 Paderborn Europa-Nr.: 20418 ISBN 978-3-8085-2085-7 VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 2 Vorwort Die vorliegenden Arbeitsblätter zur Arbeitsplanung und Technischen Kommunikation Kraftfahrzeugtechnik, Fachkenntnisse wurden nach fächerverbindenden Ansätzen erstellt. Die Aufgaben zu den einzelnen Gebieten sind entsprechend den Lehrplänen und dem Stand der Technik ausgewählt. In der 5. Auflage wurden die Inhalte zum Themenbereich Bussysteme erweitert. Durch das selbstständige Bearbeiten der Arbeitsblätter erhalten die Auszubildenden vertiefte Grundlagen zu folgenden Themenbereichen: ● Otto-Viertaktmotor ● Kraftübertragung ● Fahrwerk ● Elektrische Anlage Inhaltlich sind die Arbeitsblätter entsprechend folgender Lernziele konzipiert: – Erkennen und Beschreiben technischer Zusammenhänge – Benennen und Zuordnen von Bauteilen – Erläutern und Ergänzen von Systembildern – Beschreiben von Aufgaben, Wirkungs- und Funktionsweisen – Berechnen grundlegender technischer und physikalischer Größen – Erstellen und Lesen von Funktionszeichnungen, Diagrammen und technischen Darstellungen. Methodische Grundsätze: Die Aufgaben sind so gestaltet, dass die Auszubildenden zur Lösung der Aufgaben technische Unterlagen, wie z. B. Fachkunde- oder Tabellenbuch, heranziehen müssen. Damit werden Fach- und Handlungskompetenz der Auszubildenden gefördert. Die Arbeitsblätter der Arbeitsplanung Fachkenntnisse bilden mit den weiteren Büchern der Fachbuchreihe Kraftfahrzeugtechnik, wie Fachkunde, Tabellenbuch, Rechenbuch, Arbeitsplanung und Technische Kommunikation Grundkenntnisse, Prüfungsbuch und Prüfungstrainer (Buch, CD-ROM) eine geschlossene Einheit. Sie sind eine Hilfe für den fächerverbindenen Unterricht. Diese Lehrerausgabe ist auch als Folienband (Europa-Nr. 20515) erhältlich. Die Autoren Herbst 2007 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 3 Arbeitsplanung – Technische Kommunikation Kraftfahrzeugtechnik Fachkenntnisse, Lösungen 1. Motor Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Arbeitsdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . Zylindernummerierung, Zündfolgen Kurbeltrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kolbengeschwindigkeit . . . . . . . . . . Kräfte am Kurbeltrieb . . . . . . . . . . . . Kolben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kolbenringe, Kolbenbolzen . . . . . . . Pleuelstange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kurbelwelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zylinderkopf, Zylinderkopfdichtung . Kompressionsdruckprüfung . . . . . . Druckverlustprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 5-7 8, 9 10, 11 12 13 14 15-17 18 19 20 21 22 23 24, 25 Motorsteuerung Grundlagen . . . . . . . Bauteile . . . . . . . . . . Ventilspielausgleich . Variable Steuerzeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26-28 29 30, 31 32 Motorkennlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33, 34 Kraftstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35, 36 Kraftstoffversorgungsanlage Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kraftstoffdampfspeicheranlage . . . . . . . . . . . . . 37 38 Gemischbildung Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vergaser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Benzineinspritzung Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . Sensoren, Hauptsteuergrößen Sensoren, Korrekturgrößen . . Aktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . LH-Jetronic . . . . . . . . . . . . . . . Zentraleinspritzung . . . . . . . . Motronic . . . . . . . . . . . . . . . . . KE-Jetronic . . . . . . . . . . . . . . . Direkte Benzineinspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schadstoffminderung im Abgas Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Katalysator, l-Regelung . . . . . . . . . . . . . Abgasrückführung, Sekundärluftsystem Abgasuntersuchung, OBD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41, 42 43, 44 45 46, 47 48-50 51, 52 53, 54 55 56 . . . . 57 58-60 61 62, 63 Abgasanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Motorschmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65, 66 Motorkühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67, 68 Otto-Zweitaktmotor Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wirkungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Motorsteuerung, Gaswechsel . . . . . . . Steuerungsarten, Vergleich 2-Takt und 4-Takt-Ottomotor . . . . . . . . . . . . . . . . . ....... ....... ....... 69 70 71 ....... 72 Dieselmotor Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gemischbildung, Abgasverhalten . . . Einspritzverfahren . . . . . . . . . . . . . . . Starthilfsanlagen, Vorglühanlage . . . Hubkolben-Verteilereinspritzpumpe . Hydraulischer Spritzversteller . . . . . . Einbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektronische Dieselregelung . . . . . . Radialkolben-Verteilereinspritzpumpe Common-Rail-Einspritzung . . . . . . . . PDE-Einspritzausrüstung . . . . . . . . . . Reiheneinspritzpumpe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 73 74 75 76 77 78 79 80-82 83 84 85 86 Aufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87-90 Alternative Antriebskonzepte Hybridantrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brennstoffzelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 92 2. Kraftübertragung Kupplung Aufgaben, Bauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einscheibenkupplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Membranfederkupplung, Kupplungsscheibe Hydraulische Kupplungsbetätigung . . . . . . . Störungen, Funktionsprüfungen . . . . . . . . . . Automatisches Kupplungssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wechselgetriebe Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . Synchronisiereinrichtung . . . . . . . Störungen bei Wechselgetrieben Getriebediagramm . . . . . . . . . . . . Fahrschaubild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99-102 . 103 . 104 . 105 . 106 Automatisches Getriebe Grundlagen . . . . . . . . . . . . Planetengetriebe, Kraftfluss Steuerung . . . . . . . . . . . . . . Elektrischer Schaltplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107, 108 . . . . .109, 110 . . . . .111, 112 ..... 113 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 94 95 96 97 98 Stufenloses Automatisches Getriebe . . . . . . . . 114 Gelenke, Gelenkwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Achsgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116-118 Selbsttätige Ausgleichssperren . . . . . . . . . . . . .119, 120 Allradantrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121-124 3. Fahrwerk Karosserie Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125, Sicherheit im Fahrzeugbau . . . . . . . . . . . . . . . .127, Sicherheit im Fahrzeugbau, Schadensermittlung Vermessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 128 129 130 3 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 4 Federung, Schwingungsdämpfer . . . . . . . . . . . 135-137 Bremskraftverstärker . . . . Bremsassistent (BAS) . . . Antiblockiersystem (ABS) Druckluftbremsanlage . . . Hydropneumatische Federung . . . . . . . . . . . . .138, 139 Räder, Reifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175-176 Schadenskalkulation, Karosseriereparatur . . . . 131-133 Korrosionsschutz, Lackieren . . . . . . . . . . . . . . . 134 Aktive Fahrwerk-Stabilisierung (AFS) . . . . . . . . 140 Active Body Control (ABC) . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Fahrdynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Antriebsschlupfregelung (ASR) . . . . . . . . . . . . .143, 144 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 . 166 . 167-170 . 171-174 4. Elektrische Anlage Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177-180 Fahrdynamikregelung (FDR, ESP) . . . . . . . . . . .145, 146 Starter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181, 182 Radstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147-149 Radaufhängung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150-152 Lenkung Aufbau, Lenkgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Servolenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bremsen Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grundlagen, Gesetzliche Vorschriften . . . . . . Bremswegdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydraulische Bremsanlage, Tandemhauptzylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufbau einer Bremsanlage, Bremskreisaufteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bremsflüssigkeit, Hydraulische Bremsanlage entlüften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trommelbremse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Scheibenbremse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 .. .. .. 153 154 155 156 157 . . 158,159 .. 160 .. 161 .. 162 . .163, 164 Zündanlagen Aufbau, Funktion . . . . . . . . . . . . . . . Zündauslösung . . . . . . . . . . . . . . . . Zündspulen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Begriffe, Größen . . . . . . . . . . . . . . . Zündzeitpunktverstellung . . . . . . . . Primärstromoptimierung . . . . . . . . . Elektronische Zündanlage (EZ) . . . . Vollelektronische Zündanlage (VEZ) Zündkerzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ........ ........ ........ ........ ........ ........ . . . . . . . .189, ........ ........ Komfortelektronik Klimaanlage . . . . . . . . Zentralverriegelung . . Diebstahlschutzsystem Messen und Testen . . CAN-Bussystem . . . . . MOST-Bussystem . . . . LIN-Bussystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... ... .. ... ... ... ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 184 185 186 187 188 190 191 192 . 193,194 . 195 . 196 .197, 198 .199, 204 .205, 206 .207, 208 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 5 Name: Motor Grundlagen 1. Blatt 1 Zylinderanordnung Kühlung Kolbenbewegung Arbeitsweise Gemischbildung Zündung Einzylindermotor Reihenmotor, Boxermotor, Flüssigkeitskühlung Hubkolbenmotor Viertaktmotor Innere Gemischbildung Selbstzündung Mehrzylindermotor V-Motor, VR-Motor Luftkühlung Kreiskolbenmotor Zweitaktmotor Äußere Gemischbildung Fremdzündung Benennen Sie die Abkürzungen am V iertaktmotor. Tragen Sie die Abkürzungen in die Prinzipdarstellungen ein. Legen Sie VC und Vh verschiedenfarbig an. AV OT EV VC s Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des V erlages. Copyright 2007 by Europa-Lehrmittel Blatt-Nr.: Unterscheidungsmerkmale Zylinderzahl Vh d d Zylinderdurchmesser OT Oberer Totpunkt UT Unterer Totpunkt S Zylinderhub Vh Zylinderhubraum VC Verdichtungsraum EV Einlassventil AV Auslassventil UT 3. Datum: Verbrennungsmotoren werden entsprechend der in der Tabelle genannten Merkmale eingeteilt. Ergänzen Sie die jeweiligen Unterscheidungsmerkmale von Verbrennungsmotoren in der Tabelle. Einteilung 2. Klasse: Erklären Sie den Begriff Zylinderhubraum. Er ist der Raum eines Zylinders zwischen OT und UT. 4. Welche Größen sind zur Berechnung des Zylinderhubraums notwendig? Ergänzen Sie die Buchstabenformel zur Berechnung des Zylinderhubraums Vh. Zylinderdurchmesser d, Zylinderhub s. 5. Welchen Zylinderhubraum in cm 88 mm beträgt? 3 Vh = d2 · p –––––– · s 4 hat ein Motor , wenn sein Zylinderdurchmesser 84,8 mm und sein Hub Geg.: d = 84,8 mm, s = 88 mm Ges.: Vh in cm3 d2 · p 8,482 cm2 · p Lös.: Vh = ––––– · s = –––––––––––– · 8,8 cm = 497 cm3 4 4 6. Wie groß ist der Hub in mm eines Einzylindermotors, wenn sein Zylinderhubraum 448,5 cm Zylinderdurchmesser 79 mm beträgt? Geg.: Vh = 488,5 cm3, d = 79 mm 3 und sein Ges.: s in mm 4 · Vh 4 · 448,5 cm3 = –––––––––––– = 9,15 cm = 91,5 mm Lös.: s = –––––– 7,92 cm2 · p d2· p Arbeitsblätter Technische Kommunikation und Arbeitsplanung Kfz-Technik 5 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 6 Name: Motor Grundlagen 7. Blatt 2 Klasse: Datum: Erklären Sie, wie der Gesamthubraum eines Motors berechnet wird. Geben Sie die Formel an. Er ergibt sich aus der Anzahl z der Zylinderhubräume Vh eines Motors. 8. Blatt-Nr.: VH = z · Vh Wie groß ist der Gesamthubraum in cm 3 und Liter eines 4-Zylinder -Motors, wenn sein Zylinderdurchmesser 89,9 mm und sein Hub 86,6 mm beträgt? Geg.: d = 89,9 mm, s = 86,6 mm, z = 4 Ges.: VH in cm3, “ d2 · p 8,992 cm2 · p Lös.: VH = –––––– · s · z = ––––––––––––– · 8,66 cm · 4 = 4 4 = 2198,8 cm3 = 2,2 “ Welchen Durchmesser in mm hat die Zylinderbohrung eines 6-Zylinder -Motors, wenn sein Gesamthubraum 2962,68 cm3 und der Hub 93,5 mm beträgt? Geg.: VH = 2962,68 cm3, s = 93,5 mm, z = 6 Ges.: d in mm 133 133 4 · 2962,68 cm3 4 · VH = –––––––––––––– = 8,2 cm = 82 mm Lös.: d = ––––––– s·p·z 9,35 cm · p · 6 Verdichtungsverhältnis 10. Erklären Sie den Begriff „Verdichtungsverhältnis“ und geben Sie die Formel an. Es ist das Verhältnis zwischen dem Zylinderraum (Vh+Vc) über dem Kolben in UT und dem Zylinderraum Vc über dem Kolben in OT. V +V VC h C = –––––––––– 11. Kennzeichnen Sie den größten und den kleinsten V erbrennungsraum im Bild verschiedenfarbig. 12. Bestimmen Sie am abgebildeten Motor (Maßstab 1:2) das V erdichtungsverhältnis. Ergänzen Sie die Tabelle. Kolben steht in OT Kolben steht in UT Zylinderdurchmesser d in mm 76 76 Hub s in mm 62 62 Höhe h in mm 8 70 281,26 281,26 Verdichtungsraum VC in cm3 36,3 36,3 Größter Verbrennungsraum in cm 3 36,3 317,56 h s h OT UT 1:2 d 6 e Zylinderhubraum Vh in cm3 Verdichtungsverhältnis 8,75 Arbeitsblätter Technische Kommunikation und Arbeitsplanung Kfz-Technik Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des V erlages. Copyright 2007 by Europa-Lehrmittel 9. 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 7 Name: Motor Grundlagen 13. Blatt 3 Klasse: Datum: Wie groß ist die Verdichtung im abgebildeten Motor? OT Verdichtungsverhältnis e = 10 14. Blatt-Nr.: a) Wie groß ist der Druck im Zylinder in bar vor und nach der Verdichtung unter folgenden Bedingungen: e = 10, pamb = 1000 mbar, p=const.? 1 bar 10 bar vor der Verdichtung: nach der Verdichtung: UT b) Warum ist in Wirklichkeit der Verdichtungsenddruck nicht 10 bar, sondern höher? Bei der Verdichtung steigt die Temperatur im Zylinder. Da sich die Gase nicht ausdehnen können, steigt der Druck zusätzlich an. Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des V erlages. Copyright 2007 by Europa-Lehrmittel 15. Der Gesamthubraum eines Vierzylindermotors beträgt 1196 cm 3, der Verdichtungsraum 40 cm 3. Wie groß ist der Hubraum und das Verdichtungsverhältnis? Geg.: VH = 1196 cm3, VC = 40 cm3, z = 4 Ges.: Vh; e VH 1196 cm3 Vh + VC 299 cm3 + 40 cm3 = ––––––––– = 299 cm3, e = ––––––– = ––––––––––––––– = 8,5 Lös.: Vh = ––– 40 cm3 z 4 VC 16. Ergänzen Sie die Tabelle mithilfe des Tabellenbuchs und berechnen Sie die fehlenden W erte. Fahrzeugmarke Typ Motor Zylinderzahl/Anordnung Verdichtungsverhältnis 17. Bohrung/Hub in mm Hubraum in Vh in cm3 Verdichtungsraum VC in cm3 Gesamthubraum VH in cm3 Nutzleistung Peff in kW bei Motordrehzahl n in 1/min VW Mercedes Benz BMW Scania Golf lll D C220 320i R113/400 4-T-Diesel 4/Reihe 22,5 79,5/95,5 474 22 1896 47 4400 4-T-Otto 4/Reihe 10,0 89,9/86,6 549,75 61 2199 110 5500 4-T-Otto 6/Reihe 10,5 80/60 331,8 34,9 1991 110 5900 4-T-Diesel 6/Reihe 17 127/145 1833,3 114,6 11000 295 1900 Welche Auswirkung haben folgende V eränderungen am Motor auf V erdichtungsraum VC, Hubraum Vh und Verdichtungsverhältnis e? Ergänzen Sie die Tabelle. Verwenden Sie die Begriffe: bleibt, kleiner, größer, steigt, sinkt. Veränderungen am Motor Zylinder wird aufgebohrt. Zylinderkopf wird abgeschliffen. Es bilden sich Ablagerungen im Zylinderkopf. Eine höhere Zylinderkopfdichtung wird eingebaut. Der Kolbenboden wird abgedreht. Eine längere Pleuelstange wird eingebaut. Arbeitsblätter Technische Kommunikation und Arbeitsplanung Kfz-Technik Verdichtungsraum VC Hubraum Vh Verdichtungsverhältnis e bleibt kleiner kleiner größer größer kleiner größer bleibt bleibt bleibt bleibt bleibt steigt steigt steigt sinkt sinkt steigt 7 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 8 Name: Motor Arbeitsdiagramm 1. Blatt 1 Klasse: Datum: Blatt-Nr.: Was wird in einem Arbeitsdiagramm ( p-V-Diagramm) eines Verbrennungmotors dargestellt? Die geleistete Arbeit eines Verbrennungsmotors, aus Druck und Volumen während eines Arbeitsspiels. 2. Zeichnerisch entsteht das Arbeitsdiagramm eines Otto-Viertaktmotors dadurch, dass man den Druck im Zylinder während der Hübe eines Arbeitsspieles über dem Kolbenweg aufträgt. a) Teilen Sie die Achsen entsprechend den vorgegebenen Maßstäben ein und beschriften Sie die Skalen. Der Druck im Zylinder soll auf der senkrechten Achse und der Kolbenweg auf der waagerechten Achse aufgetragen werden. Zeichenmaßstab: Druckmaßstab 1mm ‡ 0,4 bar; Wegmaßstab 1mm ‡ 0,5 mm Kolbenweg. b) Tragen Sie die Kurvenpunkte entsprechend den vorgegebenen T abellenwerten ein und zeichnen Sie das Arbeitsdiagramm eines Otto-Viertaktmotors. Kennzeichnen Sie die gewonnene Arbeit durch Schraffur . c) Markieren Sie im Arbeitsdiagramm die Ventilöffnungspunkte. Verwenden Sie die Werte aus der Tabelle. Kolbenweg in mm Eö 5 mm v. OT Es 20 mm n. UT Aö 10 mm v. UT As 6 mm n. OT d) Kennzeichnen Sie die Kurven der 4 Takte verschiedenfarbig und benennen Sie sie. 0 (OT) 0 20,0 20,0 0 Kolbenweg in mm Ansaugen Verdichten Arbeiten Ausstoßen 0°…180° 180°…360° 360°…540° 540°…720° pe pe pe pe in in in in bar bar bar bar 5 10 20 30 40 50 60 65 –0,2 10,0 46,0 0,2 –0,2 7,2 31,0 0,2 –0,2 4,2 17,0 0,2 –0,2 2,4 12,0 0,2 –0,2 1,2 9,0 0,2 –0,2 0,6 6,0 0,2 –0,2 0 4,0 0,2 –0,2 –0,1 1,0 0,2 70 (UT) –0,2 –0,2 0,2 0,2 50 bar 40 gewonnene Arbeit Druck im Zylinder pe 30 Arbeiten 20 10 Aö Verdichten Ausstoßen Eö 0 –1 0 OT 8 As 10 Ansaugen 20 Es 30 Verlustarbeit 40 50 Kolbenweg s 60 mm Hubraum Vh 70 UT Arbeitsblätter Technische Kommunikation und Arbeitsplanung Kfz-Technik Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des V erlages. Copyright 2007 by Europa-Lehrmittel e) An welcher Stelle des Diagramms könnte der Zündzeitpunkt liegen? Kennzeichnen Sie im Diagramm diesen Punkt durch einen Pfeil. 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 9 Name: Motor Arbeitsdiagramm 3. Blatt 2 Klasse: Datum: Blatt-Nr.: a) Worüber gibt der Flächeninhalt zwischen Verdichtungs- und Arbeitskurve im Arbeitsdiagramm eines Zylinders (p-V-Diagramm) Auskunft? Er gibt an, welche Arbeit in einem Zylinder abgegeben wird. b) Kennzeichnen Sie im Arbeitsdiagramm (Blatt 1) die gewonnene Arbeit und die V erlustarbeit durch Schraffur. Es sind drei Lastzustände eines Otto-Viertaktmotors und eines Diesel-Viertaktmotors in den Diagrammen dargestellt. a) Ordnen Sie die Lastzustände Volllast, Teillast und Leerlauf den Diagrammen zu. Volllast Lastzustände 30 30 30 20 20 20 10 10 0 OT UT Kolbenweg (Hubraum) 10 0 OT Kolbenweg (Hubraum) UT OT 100 bar 80 60 60 60 40 40 40 Druck 100 bar 80 Druck 100 bar 80 20 0 20 0 OT UT Kolbenweg (Hubraum) Kolbenweg (Hubraum) UT 20 0 OT Kolbenweg (Hubraum) UT OT Kolbenweg (Hubraum) UT b) Welches Arbeitsverfahren bewirkt eine höhere Nutzarbeit? Begründen Sie Ihre Aussage. Das Diesel-Viertaktverfahren. Durch die größeren Druckunterschiede ist bei gleichbleibender Verlustleistung die Nutzarbeit größer. 5. Im untenstehenden Diagramm sind die Druckverläufe dargestellt, die bei 3 verschiedenen Zündzeitpunkten entstehen. Geben Sie die Lage der Zündzeitpunkte in der T abelle an. Beschreiben Sie stichwortartig deren Auswirkungen. 60 bar vor OT Zündzeitpunkt nach OT 40 Überdruck Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des V erlages. Copyright 2007 by Europa-Lehrmittel Druck 50 bar 40 Druck 50 bar 40 0 Diesel-Viertaktmotor Teillast 50 bar 40 Druck Otto-Viertaktmotor Leerlauf Druck 4. in °KW B A 20 C 0 75° 50° 25° 0 – 25° – 50° – 75° Auswirkung Kurbelwinkel Kurve A Kurve B Kurve C richtig 11,25° Optimale Verbrennung zu früh 30° Klopfende Verbrennung zu spät –15° Leistungsabfall 6. Kennzeichnen Sie den Bereich im Diagramm, in dem der maximale Kolbendruck bei ordnungsgemäßem Motorbetrieb wirken muss. 7. Erklären Sie den Vorgang einer „klopfenden Verbrennung“. Dabei treffen fremdgezündete und selbstentzündete Flammenfronten aufeinander und erzeugen Druckspitzen. 8. Durch welche Faktoren wird klopfende Verbrennung begünstigt? Frühzündung, zu hoher Verdichtungsenddruck (Kompression), ungünstige Gemischverteilung, zu hohe Temperatur, falscher Kraftstoff, falsche Zündkerzen,… Arbeitsblätter Technische Kommunikation und Arbeitsplanung Kfz-Technik 9 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 10 Name: Motor Zylindernummerierung, Zündfolgen Blatt 1 Klasse: Datum: Blatt-Nr.: Die Zylindernummerierung ist genormt. 1. Auf welcher Seite des Motors beginnt die Zählung der Zylinder? Sie beginnt mit der Seite, die der Kraftabgabe gegenüber liegt. Benennen Sie die Motorbauar ten und ergänzen Sie die Zylindernummerierung. 4-Zylinder Reihenmotor Motorbauarten 3 4 3 Kraftabgabe 2 Zylindernummerierung 8-Zylinder V-Motor 4 4-Zylinder Boxermotor 8 7 4 6 1 5 1 3 Erklären Sie den Begriff Zündabstand für einen V iertaktmotor und ergänzen Sie die Formel. Er ist der Kurbelwinkel, den die Kurbelwelle zwischen zwei Zündungen zurücklegt. 4. Kraftabgabe Kraftabgabe 2 1 3. 2 720°KW Zündabstand = ––––––––––––––––––– Zylinderzahl Erklären Sie den Begriff Zündfolge. Sie ist die Reihenfolge, in welcher die Arbeitstakte der einzelnen Zylinder eines Motors aufeinander folgen. 5. Ergänzen Sie in der Tabelle Motorart, Zündfolge und Zündabstand. Symbol Motorart 1 1 2 2 3 1 4 1, 4 2, 3 3 2 1 2 4 1 3 2 1 5 720° 3 = 240° 1- 3 - 2 Vierzylinder Reihenmotor 720° 4 = 180° 1- 3 - 4 - 2 1- 2 - 4 - 3 Vierzylinder Boxermotor 720° 4 = 180° 1- 4 - 3 - 2 Achtzylinder V-Motor –90° 720° 8 = 90° 1-8-2-7-4-5-3-6 90° 4 8 1…4 2 6 3 7 5…8 Zündfolge Dreizylinder Reihenmotor 4 3 10 3 Zündabstand ––––––– ––––––– ––––––– ––––––– Arbeitsblätter Technische Kommunikation und Arbeitsplanung Kfz-Technik Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des V erlages. Copyright 2007 by Europa-Lehrmittel 2. Arbeitsblätter Technische Kommunikation und Arbeitsplanung Kfz-Technik EV 1 AV AV Einlassventil schließt 44° nach UT Einlassventil öffnet 2 EV EV 3 AV Auslassventil schließt AV 4 10° nach OT UT Zeichnen Sie Einlass- und Auslassventile in richtiger Stellung ein (die V entile sollen eindeutig geschlossen bzw. geöffnet gezeichnet werden). 6. 40° vor Ergänzen Sie die T abelle durch Eintragen der Arbeitsspiele in den einzelnen Zylindern; kennzeichnen Sie dabei die Takte farblich. 5. Auslassventil öffnet Kennzeichnen Sie die Bewegungsrichtung der Kolben durch Pfeile. 4. OT Ergänzen Sie die Kurbelwelle für die Zylinder 2 bis 5; zeichnen Sie entsprechend der Kurbelwellenstellung Kolben und Pleuelstangen ein. 3. 6° vor Zeichnen Sie am Kurbelkreis für die Zylinder 2 bis 5 die Kurbelkröpfungen ein; nummerieren Sie die Kurbelzapfen entsprechend der Zündfolge. 2. Steuerzeiten Bestimmen Sie den Zündabstand und tragen Sie das Ergebnis ein. 1. EV 180 EV 5 AV Zündfolge 1 - 2 - 4 - 5 - 3 90 270 5 2 °KW 720 Kurbelkreis 3 4 720° = 144° 5 ––––––– 540 Aussto Motor Zylindernummerierung, Zündfolgen Blatt 2 1 Arbeite Ausstoßen An Arbeiten 450 Zündabstand = 360 ßen Ansaugen Verdichten 5 0 saugen Verdichten 4 Arbeiten n Ausstoßen Ansaugen Verdichten Ausstoßen Ansaugen V 3 Arbeiten Ausstoßen Ansaugen Verdichten erdichten Arbeiten Takte 2 1 Zyl. Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des V erlages. Copyright 2007 by Europa-Lehrmittel 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 11 Name: Klasse: Datum: Blatt-Nr.: 11 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 12 Name: Motor Kurbeltrieb 1. Klasse: Datum: Blatt-Nr.: Welche Aufgaben hat der Kurbeltrieb während des Arbeitstaktes? Geradlinige Bewegungen des Kolbens von OT nach UT in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umwandeln. Kolbenkraft über die Pleuelstange an die Kurbelwelle übertragen. Drehmoment an der Kurbelwelle erzeugen. Benennen Sie die nummerierten Teile des Kurbeltriebs und tragen Sie im Bild die Zuordnungsnummern ein. 7 1 12 2 1 Kolbenringe 2 Kolben 3 Kolbenbolzen 4 Pleuelstange 5 Pleuellager 6 Kurbelwelle 7 Schwungrad 8 Radialwellendichtring 9 Hauptlager 10 Pleueldeckel 11 Hauptlagerschrauben 12 Anlasserzahnkranz 13 Riemenscheibe 14 Zahnrad (Ölpumpenantrieb) 15 Kettenrad (Motorsteuerung) 3 4 5 8 6 15 13 14 9 11 10 3. Wieviele Zylinder hat der im Bild dargestellte Motor? 4. Wie oft ist die im Bild dargestellte Kurbelwelle gelagert? 5. Von welchen Größen hängt die Kolbengeschwindigkeit ab? 6. Geben Sie die Formel zur Berechnung der mittleren Kolbengeschwindigkeit vm und das Hubverhältnis k an. 7. vm = s·n –––– 30 k= s –– d Ergänzen Sie in der Tabelle nachfolgende Motordaten bei einer Motordrehzahl von 4500 min –1. Mittlere Kolbengeschwindigkeit vm in m/s Unterscheidung der Motoren nach dem Hubverhältnis 0,899 13,25 12,4 1,000 13,2 Langhubmotor Kurzhubmotor Quadrathubmotor Zylinderdurchmesser d in mm Hub s in mm Hubverhältnis k 81 88,4 1,091 92 82,7 88 88 8. 4 Zylinder 5-fach Drehzahl und Hub Warum sollte eine mittlere Kolbengeschwindigkeit von 16 m/s bei Serienmotoren nicht überschritten werden? Damit der Verschleiß zwischen Kolben und Zylinder gering ist. 12 Arbeitsblätter Technische Kommunikation und Arbeitsplanung Kfz-Technik Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des V erlages. Copyright 2007 by Europa-Lehrmittel 2. 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 13 Name: Motor Kolbengeschwindigkeit Klasse: Datum: Blatt-Nr.: 1. Ermitteln Sie in dem gezeichneten Kurbeltrieb den zurückgelegten Kolbenweg und den zugehörigen Kurbelwinkel a ; ergänzen Sie beide Werte in der Tabelle. 2. Zeichnen Sie das Diagramm der Kolbengeschwindigkeit v in Abhängigkeit vom Kolbenweg. 3. Zeichnen Sie den Kurbeltrieb in der Stellung ein, in welcher der Kolben die maximale Kolbengeschwindigkeit erreicht; ermitteln Sie für diese Stellung die maximale Kolbengeschwindigkeit vmax aus dem Diagramm, den Kurbelwinkel a und den Winkel g zwischen Pleuelstange und Kurbelwange. 0 (OT) 15 30 45 65 80 100 120 150 180 (UT) Kolbengeschwindigkeit v in m/s 0 6,5 12,2 16,5 19,6 19,7 17,5 13,6 6,8 0 Kolbenweg in mm 0 1,4 5,4 11,5 21,5 29,8 40,0 48,7 57,2 60,0 Kurbelwinkel a in ° OT 0 Kolbenweg bei a Hub s 20 30 40 mm 60 UT 0 m 20 s 25 Kolbengeschwindigkeit v 5 10 15 vmax = m 19,9 s a = 72,5° g = 90° a a g Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des V erlages. Copyright 2007 by Europa-Lehrmittel 10 Arbeitsblätter Technische Kommunikation und Arbeitsplanung Kfz-Technik 13 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 14 Name: Motor Kräfte am Kurbeltrieb Klasse: Datum: Blatt-Nr.: 1. Ermitteln Sie aus Verbrennungsdruck p und Kolbendurchmesser d die Kolbenkraft F in N. Bestimmen Sie ihre Länge in mm entsprechend dem Kräftemaßstab. 2. Tragen Sie in die Kolbenbolzenmitte die Kolbenkraft F als Kraftpfeil an, und ermitteln Sie mithilfe des Kräfteparallelogramms die Pleuelstangenkraft FP“ und die Kolbenseitenkraft FN. 3. Verschieben Sie die Pleuelstangenkraft FP“ in die Mitte des Kurbelzapfens, und bestimmen Sie dort mit einem weiteren Kräfteparallelogramm die Drehkraft FT und die Radialkraft Frad. 4. Bestimmen Sie die Pfeillängen der Kräfte in mm, und errechnen Sie daraus mithilfe des Kräftemaßstabs die Kräfte in N. Verbrennungsdruck Kolbendurchmesser p d Kräftemaßstab 1 = 35 bar = 72 mm mm ‡ 250 N p Kolbenkraft F= p · d2 ––––– · p 4 p · (7,2 cm)2 N ––––––––––– · 350 ––––2 4 cm = 14250 N FN 14 250 N –––––––––– = 57 mm 250 N/mm F‡ Pleuelstangenkraft F FP“ ‡ 59 mm N 59 mm · 250 –––– mm = 14750 N FP“ ‡ F Pä Kolbenseitenkraft FN ‡ 15,5 mm N 15,5 mm · 250 –––– mm = 3875 N FN ‡ Drehkraft Frad FT ‡ 51 mm N 51 mm · 250 –––– mm = 12750 N FT ‡ FT Radialkraft F Pä Frad ‡ 29,5 mm N 29,5 mm · 250 –––– mm = 7375 N Frad ‡ 14 Arbeitsblätter Technische Kommunikation und Arbeitsplanung Kfz-Technik Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des V erlages. Copyright 2007 by Europa-Lehrmittel F= 224181_Lösungen_001_208 05.10.2007 09:26 Uhr Seite 15 Name: Motor Kolben 1. Blatt 1 Klasse: Datum: Blatt-Nr.: Welche Aufgaben hat der Kolben? Verbrennungsraum gegen das Kurbelgehäuse beweglich abdichten. Gasdruck aufnehmen und an die Pleuelstange weitergeben. Verbrennungswärme aufnehmen und an die Zylinderwand ableiten. Gaswechsel steuern (bei Zweitaktmotoren). 2. Wie wird der Kolben beansprucht? Reibung, Zug, Druck, Wärme, Beschleunigungskräfte, Seitenkräfte. 3. Ordnen Sie die Buchstaben den Begriffen zu. 400°C DM Betriebstemperatur in °C 300°C OM 5 6 5 1 300°C 1 M 200°C Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des V erlages. Copyright 2007 by Europa-Lehrmittel G 100°C 200°C H I D B N A DM 2 K L C OM 3 O 4 E P Temperaturmesspunkte F A C G H L 4. Gesamtlänge Schaftlänge Kolbenboden Feuersteg Kolbenbolzen I D K M N Kolbenringzone Nut für Ölabstreifring Verbrennungsmulde Ölrücklaufbohrung Kolbendurchmesser Sicherungsring Kolbenbolzenauge Desachsierung Kompressionshöhe Entnehmen Sie aus den beiden Diagrammen die W erte für die Betriebstemperaturen am Kolben eines Ottomotors und eines Dieselmotors und tragen Sie diese in die T abelle ein. Messpunkte am Kolben Betriebstemperatur in °C - Ottomotor (OM) Betriebstemperatur in °C - Dieselmotor (DM) 5. F O P E B Nut für Verdichtungsringe 1 2 3 4 5 6 230 250 200 170 170 140 110 80 300 330 320 360 Wo wird der Kolbendurchmesser gemessen? Er wird am Kolbenschaftende, senkrecht zur Kolbenbolzenachse gemessen. Arbeitsblätter Technische Kommunikation und Arbeitsplanung Kfz-Technik 15