VMA an der Helmut-Schmidt-Universität/ Universität Der Bundeswehr | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für VMA an der Helmut-Schmidt-Universität/ Universität der Bundeswehr

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Worüber geben Siedekurven Auskunft und welche Punkte dieser Kurven sind besonders interessant? 


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Sie geben an, wie viel Volumenprozent des Kraftstoffs bei der jeweiligen Temperatur bereits verdampft sind. Besonders interessant sind der 10%-, der 50%- und der 90%-Punkt der Siedekurve. Der 50%-Punkt gibt die mittlere Lage der Siedekurve an. Ein bei tiefer Temperatur liegender 10%-Punkt erleichtert den Kaltstart, kann bei hohen Temperaturen aber zur Dampfblasenbildung in der Kraftstoffleitung führen. Ein hoch liegender 90%-Punkt erhöht den flüssigen Kraftstoffanteil im Saugrohr von Vergasermotoren und kann zur Verdünnung des Schmieröls durch Kraftstoff führen.

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Wann und warum wird oft vom erwünschten Luftverhältnis abgewichen? 


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Start und Warmlauf: 

Beim kalten Motor ist im Augenblick der Zündung nur ein Bruchteil des zugeführten Kraftstoffs verdampft. Um trotzdem ein zündfähiges Gemisch zu erreichen, muss eine erhöhte Kraftstoffmenge zugeführt werden. 


Plötzliche Lasterhöhung (z.B. beim Beschleunigen): 

Besonders bei Verwendung eines Vergasers werden größere Kraftstofftropfen bei Umlenkung des Luftstroms an die Saugrohrwand geworfen und bilden dort einen Kraftstofffilm, dessen Ausdehnung sich im stationären Bereich so einstellt, dass die aus dem Film heraus verdampfende Kraftstoffmenge der mit den Tropfen einfallenden Kraftstoffmenge gleich ist. Bei Teillast ist der Druck im Saugrohr niedrig, die Verdampfung stark, also die vom Kraftstoff im Saugrohr benetzte Fläche klein. Bei Volllast ist der Saugrohrdruck hoch, die Verdampfung schwach, die vom Kraftstoff benetzte Fläche groß. Beim plötzlichen Übergang von Teillast zur Volllast erhöht sich die Kraftstoffmenge an der Saugrohrwand auf Kosten der Menge, die in den Zylinder gelangt. Um diesen Einfluss zu kompensieren, muss bei Lasterhöhung zusätzlich Kraftstoff zugeführt werden. 


Abgaszusammensetzung: 

Das Luftverhältnis beeinflusst stark die Abgaszusammensetzung, dabei liegt die minimale Schadstoffemission für die verschiedenen schädlichen Abgaskomponenten allerdings leider bei verschiedenen Luftverhältnissen. Um die gesetzlichen Abgasvorschriften einhalten zu können, muss von den Grundsätzen der Wahl des Luftverhältnisses abgegangen werden. Bei Verwendung des geregelten Katalysators z.B., der die Schadstoffe CO, HC (Kohlenwasserstoffe) und auch NO beseitigt, muss der Motor bei allen Betriebszuständen exakt mit dem Luftverhältnis (  1) gefahren werden. 


Bauteilschutz: 

Durch ein Absenken des Verbrennungsluftverhältnisses wird die Abgastemperatur gesenkt. Dies wird zur Kühlung von Abgastraktkomponenten (Kat; Turbolader,...) ausgenutzt.

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Wie sind die Grenzen des Kennfeldes eines Motors definiert? 


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nach oben durch die Vollastlinie 


nach rechts durch konstruktiv bedingte Höchstdrehzahl 


nach links durch die Mindestdrehzahl 


nach unten durch die Nullastlinie oder bei geschleppten Motor durch die Schlepplinie

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Warum trägt man Linien konstanten be im Kennfeld ein? 


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Betriebsbereiche mit gutem Wirkungsgrad sind sofort erkennbar. Die Auslegung des Triebstranges oder die gewünschten Fahrbereiche sind darstellbar.

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Was verstehen Sie unter der Frischladung im Zylinder? 


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Die durch das Einlassorgan in den Zylinder gebrachte und dort für die Verbrennung verbleibende Gasmasse: 

Äußere Gemischbildung mZ = mLZ + mKZ 

Innere Gemischbildung mZ = mLZ

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Welche Vorgänge laufen während des Zündverzuges ab? 


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Der Kraftstoffstrahl zerfällt in kleine Tröpfchen. An der Oberfläche der Tröpfchen bildet sich Kraftstoffdampf, der durch Diffusion oder Relativbewegung mit der den Tropfen umgebenden Luft vermischt wird. Im Kraftstoff-Luft-Gemisch laufen verwickelte chemische Vorgänge ab, bei denen zunächst kaum Wärme frei wird. Als Zwischenprodukte bilden sich Aldehyde und später Kohlenmonoxid.

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Geben Sie drei Methoden zur Bestimmung des Reibmitteldruckes pmr an und nennen sie jeweils eine Fehlerquelle.

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Indizierung: Piezo-Druckaufnehmer messen Druckverlauf im Zylinder, daraus wird das p,VDiagramm gezeichnet, dessen Fläche die Innenleistung Wi darstellt. Daraus lässt sich Pi berechnen und die Differenz zu Pe stellt die Reibleistung dar. Die Zuordnung des Druckverlaufs zum Kurbelwinkel (Totpunktfehler) ist eine mögliche Fehlerquelle. Schleppen: Der Motor wird warmgefahren, wobei eine E-Maschine im Generatorbetrieb als Bremse dient. Nun wird auf Schleppbetrieb umgestellt, die E-Maschine treibt den Motor an. Die Reibleistung ist aus Drehmoment und Drehzahl direkt bestimmbar. Fehler liegen in der Abweichung der Triebwerksreibung beim Schleppbetrieb von der beim Verbrennungsbetrieb. Abschalten: Eine Leistungsbremse wird an einen Motor angeschlossen und ein Zylinder abgeschaltet. Die resultierende Leistung setzt sich aus der Innenleistung der laufenden abzüglich der Reibleistung sämtlicher Zylinder zusammen.

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Wie ist der Energiestrom in den Motor hinein definiert? 


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Wenn einem Verbrennungsmotor ein Kraftstoffmassenstrom zufließt und wenn bei vollständiger Verbrennung von 1kg Kraftstoff die Wärmemenge hu frei wird, dann ist der Energiestrom in den Motor hinein: 

Qpunktzu =mpunktk * hu

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Nennen Sie zwei Beispiele für Motoren, deren Betriebspunkte auf einer Linie liegen 


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Stromaggregat: Drehzahl wegen Netzfrequenz unabhängig von der Last konstant. Schiffsantrieb: Motorbetriebspunkte liegen auf der Propellerkurve, diese ergibt sich da das Antriebsmoment vom Festpropellern quadratisch mit der Drehzahl wächst.

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Verdeutlichen Sie den Unterschied zwischen Otto- und Dieselmotoren. 


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Der Dieselmotor ist gekennzeichnet durch die Selbstzündung des Kraftstoffs im Zylinder. Damit der Kraftstoff nicht vorzeitig zündet, darf er erst kurz vor dem gewünschten Zündzeitpunkt mit der Verbrennungsluft vermischt werden. Dies erreicht man durch Einspritzung des Kraftstoffs in den Zylinder im Kompressionstakt. Damit der Kraftstoff ohne fremde Hilfe zündet, müssen Temperatur und Druck der Verbrennungsluft im Zylinder im Augenblick der Einspritzung sehr hoch sein, dementsprechend hoch muss das Verdichtungsverhältnis des Dieselmotors gewählt werden. Regelart des Dieselmotors – Qualitätsregelung - Im Gegensatz dazu arbeitet der Ottomotor mit Fremdzündung (Zündkerzen). Daher ist es möglich (aber nicht notwendig !), Kraftstoff und Verbrennungsluft schon außerhalb des Zylinders miteinander zu vermischen. Damit das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht unkontrolliert durch Selbstzündung verbrennt, darf das Verdichtungsverhältnis des Ottomotors nicht zu hoch sein. Regelart des Ottomotors – Quantitätsregelung -

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Wozu wird ein Abgasturbolader eingesetzt und wie funktioniert er? 


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Die Restenergie des Abgases wird zur Vorverdichtung der Frischluft benutzt, wodurch mehr Luft in den Zylinder gebracht werden kann. Da nun auch mehr Kraftstoff verbrannt werden kann, lässt sich mehr Leistung gewinnen. Das Abgas treibt eine Turbine an, diese wiederum einen Radialverdichter, der die Frischluft verdichtet. Sowohl der Druck vor den Einlassventilen, als auch der Druck hinter den Auslassventilen des Motors ist höher als der Atmosphärendruck.

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Wie ist die Oktanzahl definiert?

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Die Oktanzahl OZ ist ein Maß für die Klopffestigkeit bei Ottokraftstoffen. Sie ist definiert als Iso-Oktananteil in Volumenprozent in dem Bezugskraftstoff, der sich hinsichtlich des Klopfens gleich verhält, wie der zu untersuchende Kraftstoff. 

- Iso-Oktan OZ = 100 (klopffest) 

- n-Heptan OZ = 0 (klopffreudig)

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Q:

Worüber geben Siedekurven Auskunft und welche Punkte dieser Kurven sind besonders interessant? 


A:

Sie geben an, wie viel Volumenprozent des Kraftstoffs bei der jeweiligen Temperatur bereits verdampft sind. Besonders interessant sind der 10%-, der 50%- und der 90%-Punkt der Siedekurve. Der 50%-Punkt gibt die mittlere Lage der Siedekurve an. Ein bei tiefer Temperatur liegender 10%-Punkt erleichtert den Kaltstart, kann bei hohen Temperaturen aber zur Dampfblasenbildung in der Kraftstoffleitung führen. Ein hoch liegender 90%-Punkt erhöht den flüssigen Kraftstoffanteil im Saugrohr von Vergasermotoren und kann zur Verdünnung des Schmieröls durch Kraftstoff führen.

Q:

Wann und warum wird oft vom erwünschten Luftverhältnis abgewichen? 


A:

Start und Warmlauf: 

Beim kalten Motor ist im Augenblick der Zündung nur ein Bruchteil des zugeführten Kraftstoffs verdampft. Um trotzdem ein zündfähiges Gemisch zu erreichen, muss eine erhöhte Kraftstoffmenge zugeführt werden. 


Plötzliche Lasterhöhung (z.B. beim Beschleunigen): 

Besonders bei Verwendung eines Vergasers werden größere Kraftstofftropfen bei Umlenkung des Luftstroms an die Saugrohrwand geworfen und bilden dort einen Kraftstofffilm, dessen Ausdehnung sich im stationären Bereich so einstellt, dass die aus dem Film heraus verdampfende Kraftstoffmenge der mit den Tropfen einfallenden Kraftstoffmenge gleich ist. Bei Teillast ist der Druck im Saugrohr niedrig, die Verdampfung stark, also die vom Kraftstoff im Saugrohr benetzte Fläche klein. Bei Volllast ist der Saugrohrdruck hoch, die Verdampfung schwach, die vom Kraftstoff benetzte Fläche groß. Beim plötzlichen Übergang von Teillast zur Volllast erhöht sich die Kraftstoffmenge an der Saugrohrwand auf Kosten der Menge, die in den Zylinder gelangt. Um diesen Einfluss zu kompensieren, muss bei Lasterhöhung zusätzlich Kraftstoff zugeführt werden. 


Abgaszusammensetzung: 

Das Luftverhältnis beeinflusst stark die Abgaszusammensetzung, dabei liegt die minimale Schadstoffemission für die verschiedenen schädlichen Abgaskomponenten allerdings leider bei verschiedenen Luftverhältnissen. Um die gesetzlichen Abgasvorschriften einhalten zu können, muss von den Grundsätzen der Wahl des Luftverhältnisses abgegangen werden. Bei Verwendung des geregelten Katalysators z.B., der die Schadstoffe CO, HC (Kohlenwasserstoffe) und auch NO beseitigt, muss der Motor bei allen Betriebszuständen exakt mit dem Luftverhältnis (  1) gefahren werden. 


Bauteilschutz: 

Durch ein Absenken des Verbrennungsluftverhältnisses wird die Abgastemperatur gesenkt. Dies wird zur Kühlung von Abgastraktkomponenten (Kat; Turbolader,...) ausgenutzt.

Q:

Wie sind die Grenzen des Kennfeldes eines Motors definiert? 


A:

nach oben durch die Vollastlinie 


nach rechts durch konstruktiv bedingte Höchstdrehzahl 


nach links durch die Mindestdrehzahl 


nach unten durch die Nullastlinie oder bei geschleppten Motor durch die Schlepplinie

Q:

Warum trägt man Linien konstanten be im Kennfeld ein? 


A:

Betriebsbereiche mit gutem Wirkungsgrad sind sofort erkennbar. Die Auslegung des Triebstranges oder die gewünschten Fahrbereiche sind darstellbar.

Q:

Was verstehen Sie unter der Frischladung im Zylinder? 


A:

Die durch das Einlassorgan in den Zylinder gebrachte und dort für die Verbrennung verbleibende Gasmasse: 

Äußere Gemischbildung mZ = mLZ + mKZ 

Innere Gemischbildung mZ = mLZ

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Q:

Welche Vorgänge laufen während des Zündverzuges ab? 


A:

Der Kraftstoffstrahl zerfällt in kleine Tröpfchen. An der Oberfläche der Tröpfchen bildet sich Kraftstoffdampf, der durch Diffusion oder Relativbewegung mit der den Tropfen umgebenden Luft vermischt wird. Im Kraftstoff-Luft-Gemisch laufen verwickelte chemische Vorgänge ab, bei denen zunächst kaum Wärme frei wird. Als Zwischenprodukte bilden sich Aldehyde und später Kohlenmonoxid.

Q:

Geben Sie drei Methoden zur Bestimmung des Reibmitteldruckes pmr an und nennen sie jeweils eine Fehlerquelle.

A:

Indizierung: Piezo-Druckaufnehmer messen Druckverlauf im Zylinder, daraus wird das p,VDiagramm gezeichnet, dessen Fläche die Innenleistung Wi darstellt. Daraus lässt sich Pi berechnen und die Differenz zu Pe stellt die Reibleistung dar. Die Zuordnung des Druckverlaufs zum Kurbelwinkel (Totpunktfehler) ist eine mögliche Fehlerquelle. Schleppen: Der Motor wird warmgefahren, wobei eine E-Maschine im Generatorbetrieb als Bremse dient. Nun wird auf Schleppbetrieb umgestellt, die E-Maschine treibt den Motor an. Die Reibleistung ist aus Drehmoment und Drehzahl direkt bestimmbar. Fehler liegen in der Abweichung der Triebwerksreibung beim Schleppbetrieb von der beim Verbrennungsbetrieb. Abschalten: Eine Leistungsbremse wird an einen Motor angeschlossen und ein Zylinder abgeschaltet. Die resultierende Leistung setzt sich aus der Innenleistung der laufenden abzüglich der Reibleistung sämtlicher Zylinder zusammen.

Q:

Wie ist der Energiestrom in den Motor hinein definiert? 


A:

Wenn einem Verbrennungsmotor ein Kraftstoffmassenstrom zufließt und wenn bei vollständiger Verbrennung von 1kg Kraftstoff die Wärmemenge hu frei wird, dann ist der Energiestrom in den Motor hinein: 

Qpunktzu =mpunktk * hu

Q:

Nennen Sie zwei Beispiele für Motoren, deren Betriebspunkte auf einer Linie liegen 


A:

Stromaggregat: Drehzahl wegen Netzfrequenz unabhängig von der Last konstant. Schiffsantrieb: Motorbetriebspunkte liegen auf der Propellerkurve, diese ergibt sich da das Antriebsmoment vom Festpropellern quadratisch mit der Drehzahl wächst.

Q:

Verdeutlichen Sie den Unterschied zwischen Otto- und Dieselmotoren. 


A:

Der Dieselmotor ist gekennzeichnet durch die Selbstzündung des Kraftstoffs im Zylinder. Damit der Kraftstoff nicht vorzeitig zündet, darf er erst kurz vor dem gewünschten Zündzeitpunkt mit der Verbrennungsluft vermischt werden. Dies erreicht man durch Einspritzung des Kraftstoffs in den Zylinder im Kompressionstakt. Damit der Kraftstoff ohne fremde Hilfe zündet, müssen Temperatur und Druck der Verbrennungsluft im Zylinder im Augenblick der Einspritzung sehr hoch sein, dementsprechend hoch muss das Verdichtungsverhältnis des Dieselmotors gewählt werden. Regelart des Dieselmotors – Qualitätsregelung - Im Gegensatz dazu arbeitet der Ottomotor mit Fremdzündung (Zündkerzen). Daher ist es möglich (aber nicht notwendig !), Kraftstoff und Verbrennungsluft schon außerhalb des Zylinders miteinander zu vermischen. Damit das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht unkontrolliert durch Selbstzündung verbrennt, darf das Verdichtungsverhältnis des Ottomotors nicht zu hoch sein. Regelart des Ottomotors – Quantitätsregelung -

Q:

Wozu wird ein Abgasturbolader eingesetzt und wie funktioniert er? 


A:

Die Restenergie des Abgases wird zur Vorverdichtung der Frischluft benutzt, wodurch mehr Luft in den Zylinder gebracht werden kann. Da nun auch mehr Kraftstoff verbrannt werden kann, lässt sich mehr Leistung gewinnen. Das Abgas treibt eine Turbine an, diese wiederum einen Radialverdichter, der die Frischluft verdichtet. Sowohl der Druck vor den Einlassventilen, als auch der Druck hinter den Auslassventilen des Motors ist höher als der Atmosphärendruck.

Q:

Wie ist die Oktanzahl definiert?

A:

Die Oktanzahl OZ ist ein Maß für die Klopffestigkeit bei Ottokraftstoffen. Sie ist definiert als Iso-Oktananteil in Volumenprozent in dem Bezugskraftstoff, der sich hinsichtlich des Klopfens gleich verhält, wie der zu untersuchende Kraftstoff. 

- Iso-Oktan OZ = 100 (klopffest) 

- n-Heptan OZ = 0 (klopffreudig)

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