ATZ/MTZ-Fachbuch

In der Reihe ATZ/MTZ-Fachbuch vermitteln Fachleute, Forscher und Entwickler ausHochschule und Industrie Grundlagen, Theorien und Anwendungen der Fahrzeug- undVerkehrstechnik. Die komplexe Technik, die moderner Mobilität zugrunde liegt, bedarfeines immer größer werdenden Fundus an Informationen, um die Funktion und Arbeits-weise von Komponenten sowie Systemen zu verstehen. Fahrzeuge aller Verkehrsträgersind ebenso Teil der Reihe, wie Fragen zu Energieversorgung und Infrastruktur.Das ATZ/MTZ-Fachbuch wendet sich an Ingenieure aller Mobilitätsfelder, an Studieren-de, Dozenten und Professoren. Die Reihe wendet sich auch an Praktiker aus der Fahrzeug-und Zulieferindustrie, an Gutachter und Sachverständige, aber auch an interessierte Laien,die anhand fundierter Informationen einen tiefen Einblick in die Fachgebiete der Mobilitätbekommen wollen.

Günter P. Merker � Rüdiger Teichmann(Hrsg.)

GrundlagenVerbrennungsmotoren

Funktionsweise und alternativeAntriebssystemeVerbrennung, Messtechnik und Simulation

9., korrigierte Auflage

Unter Mitwirkung von Herrn Gerhard Haußmann

Hrsg.Günter P. MerkerTettnang, Deutschland

Rüdiger TeichmannAVL LIST GmbHGraz, Österreich

ATZ/MTZ-FachbuchISBN 978-3-658-23556-7 ISBN 978-3-658-23557-4 (eBook)https://doi.org/10.1007/978-3-658-23557-4

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillier-te bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

Springer ViewegBis zur 3. Auflage erschien dieses Werk unter dem Titel „Verbrennungsmotoren“ vonUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil. Günter Merkerapl. Prof. Dr.-Ing. habil. Christian Schwarzapl. Prof. Dr.-Ing. habil. Gunnar StieschDr. rer. nat. Frank Otto© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2001, 2004, 2006, 2009, 2011, 2012,2014, 2018, 2019Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklichvom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesonderefür Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verar-beitung in elektronischen Systemen.Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigtauch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesemWerk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oderdie Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehleroder Äußerungen. Der Verlag bleibt im Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen inveröffentlichten Karten und Institutionsadressen neutral.

Springer Vieweg ist ein Imprint der eingetragenen Gesellschaft Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH und istein Teil von Springer Nature.Die Anschrift der Gesellschaft ist: Abraham-Lincoln-Str. 46, 65189 Wiesbaden, Germany

Vorwort zur 9. korrigierten Auflage

Die vorliegende 9. korrigierte Auflage ist ein Neudruck der 8. Auflage. Diese war notwen-dig geworden, weil sich in die 8. Auflage zusätzlich zu einigen kleineren Unstimmigkeitenauch zwei größere Fehler eingeschlichen hatten, so wurden in Kap. 21.2 irrtümlich noch-mals die Bilder von Kap. 34 abgedruckt und in Kap. 38 fehlte das Literaturverzeichnis.Wir entschuldigen uns bei unseren Lesern für die entstandenen Irritationen und hoffen,dass in diesem Neudruck alle Fehler behoben wurden. Wir bedanken uns beim SpringerVerlag für die verständnisvolle und konstruktive Zusammenarbeit.

Wir bedauern den Tod unseres Kollegen Prof. Dr.-Ing. Roland Baar, der im Juni letztenJahres tödlich verunglückt ist. Gleichzeitig bedanken wir uns sehr herzlich bei seinemOberingenieur, Herrn Bojan S. Jander, M.SC., der freundlicherweise die Korrekturarbeitenfür die vorliegende 9. Auflage übernommen hat.

Tettnang/Grazim Januar 2019

Günter P. MerkerRüdiger Teichmann

V

Vorwort zur 8. Auflage

Das Buch „Grundlagen Verbrennungsmotoren“ hatte von jeher eine starke Affinität zurSimulation. Heute werden in der Motoren- und Fahrzeugentwicklung kommerziell zurVerfügung stehende Rechenprogramme als Standard zur Simulation des stationären undtransienten Verhaltens von Fahrzeugen, des kompletten Antriebstranges bis hin zu denhochgradig instationären Prozessabläufen im Brennraum eines Motors eingesetzt. In derRegel stehen aber für diese Rechenprogramme die Quellcodes nicht zur Verfügung undin der Dokumentation fehlen oft Querverweise zu Grundlagen. Deshalb wünschen sichdie Anwender oft Informationen über die physikalischen und chemischen Modelle, diein diesen Programmen verwendet werden. Aus diesem Grund ist es uns ein besonderesAnliegen, unterschiedliche physikalische und chemische Ansätze zu diskutieren undMög-lichkeiten und Grenzen der verwendeten Modelle aufzuzeigen.

Der Schwerpunkt des Buches liegt auf der Beschreibung von Prozessabläufen in Ver-brennungsmotoren und innerhalb dieses Themenkomplexes eindeutig auf den thermody-namischen, strömungsmechanischen und reaktionskinetischen Grundlagen der Modellie-rung dieser Prozesse.

Infolge der verstärkten Nachfrage nach der E-Book-Ausgabe und dem daraus resultie-rendemWunsch der Leser und des Verlags, längere Kapitel in kürzere zu unterteilen, wur-de für die vorliegende Auflage eine vollständige Neugliederung des Inhalts vorgenommen.Diese enthält jetzt 9 Hauptkapitel mit 53 Kapiteln und 3 Anhängen. In diesem Zusammen-hang wurden auch die Inhalte vollständig überarbeitet und aktualisiert. Der Teil „Alternati-ve Antriebssysteme“ wurde durch Hinzunahme aktueller Themen wie „Real Drive Emis-sions“, „Elektroantriebe“ und „Brennstoffzellenantriebe“ wesentlich erweitert, sodassdas Buch seinem Untertitel „Funktionsweise/Messtechnik/Simulation/Antriebssystem“vollauf gerecht wird. Jedes Kapitel behandelt ein in sich abgeschlossenes Thema, damitsind die einzelnen Kapitel weitgehend unabhängig voneinander lesbar. Insgesamt habenüber 40 Autoren zum Gelingen des Buches beigetragen. Wir danken allen Autoren undihren Firmen oder Institutionen für ihre konstruktive und engagierte Mitarbeit.

Wir hoffen, dass uns mit diesem Werk eine verständliche und aktuelle Darstellung derZusammenhänge und Einzelvorgänge der Prozesse im Antriebsstrang und imMotor selbstgelungen ist und damit auch die Rolle und Möglichkeit der Simulation von Prozessendeutlicher und verständlicher wird. Wir würden uns sehr freuen, wenn dieses Buch für

VII

VIII Vorwort zur 8. Auflage

alle Anwender in Wissenschaft und Technik von möglichst großem Nutzen ist. Trotz allerSorgfalt der Autoren, der Herausgeber und des Verlags ist nicht auszuschließen, dass sichan der einen oder anderen Stelle Fehler eingeschlichen haben. Für Hinweise darauf, an dieeinzelnen Autoren oder die Herausgeber bedanken wir uns jetzt schon bei unseren Lesern.

Unser besonderer Dank gilt der AVL LIST GmbH für die fachliche und materielleUnterstützung bei Erstellung dieses Buches. Aufbau und Inhalt des Buches haben wir mitvielen Kollegen diskutiert, unser besonderer Dank gilt dabei Herrn Dipl.-Ing. GerhardHaußmann. Herrn Markus Braun und Frau Elisabeth Lange vom Springer Vieweg Verlagsowie Frau Dr. Anja Hertel von le-tex danken wir für die konstruktive und angenehmeZusammenarbeit.

Tettnang/Graz, im Dezember 2017 Günter P. MerkerRüdiger Teichmann

Bei AVL ist die Mobilität der Zukunft schon heute Realität.WIR UNTERSTÜTZEN UNSERE KUNDEN MIT UMFASSENDEM KNOW-HOW UND MODERNSTEN TECHNOLOGIEN.

Als Partner der weltweiten Automobilindustrie entwickeln wir umweltfreundliche und sparsame Antriebssysteme. Unsere Ingenieure optimieren sowohl den klassischen Otto- und Dieselmotor als auch hybrid- oder vollelektrische Antriebe. Mit den von uns entwickelten Mess- und Testsystemen sowie hochmodernen Simulationen ermöglichen wir unseren Kunden die effiziente Entwicklung zukunftsweisender Fahrzeuge.

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Die Herausgeber

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Günter P. Merker wurde 1942 in Augsburg geboren. Von1964 bis 1969 studierte er an der Technischen Hochschule München Maschinenbau. An-schließend war er als wissenschaftlicher Assistent am Lehrstuhl für Thermodynamik tätig,1974 erfolgte die Promotion, 1978 habilitierte er sich. Von 1978 bis 1980 war er bei derMTU-München GmbH tätig. 1980 nahm er einen Ruf auf die C3-Professur für Kälte-technik an der Universität Karlsruhe an. 1986 trat er in die MTU-Friedrichshafen GmbHein und leitete dort die Hauptabteilung Analytik/Motorenberechnung. 1994 folgte er demRuf auf die C4-Professur für Verbrennungsmotoren an die Universität Hannover und lei-tete bis zu seiner Emeritierung 2005 das Institut für Technische Verbrennung. In dieserZeit hat er sich insbesondere mit der experimentellen und theoretischen Untersuchung derVerbrennung in Nutzfahrzeug-Diesel-Motoren beschäftigt. Insgesamt hat er 43 Doktoran-den zur Promotion und vier zur Habilitation geführt. Er ist Autor und Mitautor von über140 technisch-wissenschaftlichen Publikationen und sechs Fachbüchern auf den Gebie-ten Wärmeübertragung, Strömungsmechanik und Verbrennungsmotoren und Mitglied derBraunschweigischen Wissenschaftlichen Gesellschaft. Heute ist er als freier Berater fürdie Motorenindustrie tätig.

Dr.-Ing. Rüdiger Teichmann wurde 1960 in Nordhausen geboren. Er studierte Maschi-nenbau mit der Spezialisierung „Kraftfahrzeugtechnik“ an der Technischen UniversitätDresden von 1982 bis 1987. Danach wurde er an der gleichen Einrichtung Forschungsstu-dent und wissenschaftlicher Assistent bis 1990. 1991 promovierte er zu einem Thema derVerbrennungsverfahrensentwicklung an LKW-Dieselmotoren.

Im gleichen Jahr begann er seine berufliche Laufbahn in der Vorentwicklung für An-triebsentwicklung der BMWAG in München. Im Rahmen seiner Spezialgebiete Thermo-dynamik, Verbrennungsentwicklung, Ladungswechsel und der Kalibrierung dieser Vor-gänge war er in verschiedenen Themen bis zur Serienentwicklung tätig. 1999 wurde erLeiter des Produktmanagement der gesamten Indiziertechnik bei der AVL List GmbH inGraz. Nach drei Jahren übernahm er die Verantwortung als Segmentleiter für Indiziertech-nik, welche ab 2005 die Fachgebiete für optische Messtechnik und Forschungsmotoren alsGlobal Segment Manager Verbrennungsmesstechnik einschließt. Seit 2007 koordiniert erzusätzlich die Fahrzeugmesstechnikaktivitäten der AVL. Dr. Teichmann ist Autor und Ko-autor zahlreicher Publikationen und Betreuer von Diplomarbeiten.

XI

Abkürzungen und Formelzeichen

Abkürzungen

AG ArbeitsgasAGR AbgasrückführungAMA AbgasmessanlageAMOX AmmoniakoxidationskatalysatorAÖ Auslass öffnetAS Auslass schließtASC Ammonia Slip Catalyst (Ammoniakschlupfkatalysator)ATL AbgasturboladerAV AuslassventilBB BrennbeginnBDE BenzindirekteinspritzungBEV Battery Electric VehicleBHKW BlockheizkraftwerkBMEP Brake Mean Effective Pressure (effektiver Mitteldruck)BtL Biomass to LiquidBV BrennverlaufBZ BrennstoffzelleCAI Controlled Auto-IgnitionCARB California Air Resources BoardCCN Critical Cavitation NumberCCR Combustion Chamber RecirculationCF Conformity FactorCFD Computational Fluid DynamicsCHT Conjugated Heat TransferCI Compression IgnitionCLD Chemolumineszenz DetektorCN Cavitation NumberCNG Compressed Natural GasCO Kohlenmonoxid

XIII

XIV Abkürzungen und Formelzeichen

CO2 KohlendioxidCOP Conformity of ProductionCOR Custom Output RangeCPC Condensation Particle CountingCPDF Coated Particulate FilterCR Common RailCRFD Computational Reactive Fluid MechanicsCRT Continuous Regeneration TrapCtL Coal to LiquidCVS Constant Volume SamplerCVT Continuously Variable TransmissionDC Direct Current (Gleichstrom)DES Detached-Eddy-SimulationDF Dual FuelDI Direct InjectionDMA/MGA Marine Gas OilDMB/MDO Marine Diesel OilDME DimethyletherDMS DehnmessstreifenDNPH DinitrophenylhydrazinDNS Direkte Numerische SimulationDOC DieseloxidationskatalysatorDoE Design of ExperimentsDPF DieselpartikelfilterDRV DruckregelventilDrzUT Drallzahl-UTDZ DammköhlerzahlEAV Elektrisch angetriebener VerdichterECA Emission Controlled AreasECU Electronic Control UnitEGR Exhaust Gas RecirculationEIA US Energy Information AdministrationEP Abgasrohr (Exhaust Pipe)EPA Environmental Protection AgencyEPR Exhaust Port RecirculationERS Energy Recovery SystemES EinlassschlussESC European Steady CycleETC European Transient CycleEV Einspritzverlauf/EinlassventilEWA EnergiewandlungsanlageFAME Fetty Acid Methyl Ester (Fettsäuremethylesther)

Abkürzungen und Formelzeichen XV

FID Flame Ionisation DetectorFNN Fast Neural NetworkFSN Filter Smoke NumberFTIR Fourier-Transform InfrarotspektroskopieFTP Federal Test ProcedureGC GaschromatografieGC-ECD Gaschromatografie-ElektroneneinfangdetektorGC-FID Gaschromatografie-Flame-Ionisation-DetectorGDI Gasoline Direct InjectionGHSV Gas Hourly Space VelocityGtL Gas to LiquidGTR-15 Global Technical Regulation Nr. 15Gz Graetz-ZahlHACA H-Abstraktion und C-AdditionHC KohlenwasserstoffeHCHO FormaldehydHCCI Homogeneous Charge Compression IgnitionHD HochdruckHE hydroerosivHFO Heavy Fuel OilHiL Hardware in the LoopHL Heated Line (beheizte Leitung)HP Heated Pump (beheizte Pumpe)HSL Heated Sample Line (beheizte Probenleitung)HU HeizwertHVO Hydrogenerated Vegetable OilHWFET Highway Fuel Economy TestI/M Inspections and MaintenanceIMEP indizierter MitteldruckIMO International Maritime OrganisationINN Intelligent Neural NetworkIPR Intake Port RecirculationIR InfrarotISC InService ComplianceISFC indizierter KraftstoffverbrauchKB KlopfbeginnKERS Kinetic Energy Recovery SystemKPI Key Performance IndicatorKV KontrollvolumenLDA Laser-Doppler-AnemometrieLDS Laser-Dioden-SpektroskopieLEC Large Engine Competence Center

XVI Abkürzungen und Formelzeichen

LES Large-Eddy-SimulationLET Low End TorqueLEV Low Emission VehicleLFP LithiumeisenphosphatLIF Laser Induced FluorescenceLII Laser Induced IncandescenceLKW LastkraftwagenLLK LadeluftkühlerLNG Liquified Natural GasLNT Lean NOx TrapLPG Liquified Petroleum GasLUT unterer LadungswechseltotpunktLWOT Ladungswechsel-OTMDO Marine Diesel OilMFB 50% Mass Fraction Burned 50%MGO Marine Gas Oilmi MeileMOZ MotoroktanzahlMPI Multi-point InjectionMPR modellprädiktiver ReglerMTU Motoren- und TurbinenunionMTZ Motortechnische ZeitschriftMZ MethanzahlNCR nichtselektive katalytische ReduktionND NiederdruckNDIR nichtdispersiver InfrarotdetektorNDUV nichtdispersiver UltraviolettdetektorNEFZ neuer europäischer FahrzyklusNFZ NutzfahrzeugNMHC Non-Methane HydrocarbonsNMOG Non-Methane Organic GasNN neuronales NetzNOx StickoxidNSK NOx-SpeicherkatalysatorNT NutzturbineNTC Negativer TemperaturkoeffizientNu Nußelt-ZahlNVH Noise, Vibration, HarshnessOBD On Board DiagnoseOH OH-RadicalOPF OttopartikelfilterORC Organic Rankine Cycle

Abkürzungen und Formelzeichen XVII

OT oberer TotpunktPAK polyzyklische aromatische KohlenwasserstoffePCB polyzyklische BiphenylePCCI Premixed Charge Compression IgnitionPCT polyzyklische TerphenylePCV Pressure Control Valve (Druckregelventil)PD Pumpe-DüsePDA Phase-Doppler-Anemometriepdf Probability Density FunctionPEMFC Proton Exchange Membrane Fuel CellPEMS Portable Emissions Measurement SystemPHEV Plug-in Hybrid Electric VehiclePIV Particle Image VelocimetryPLD Pumpe-Leitung-DüsePKW PersonenkraftwagenPM PartikelmassePMD paramagnetischer DetektorPN PartikelanzahlPr Prandtl-ZahlQCL QuantumkaskadenlaserRANS Reynolds-averaged Navier Stokes EquationRDE Real Driving EmissionsRE Range ExtenderRe Reynolds-ZahlRG RestgasRHR Rate of Heat ReleaseRME RapsmethylesterROZ Research-Oktan-ZahlRT Real-timeSAW Surface Acoustic WavesSc Schmidt-ZahlSCR Selective Catalytic ReductionSFTP Supplemental Federal Test ProcedureSG strahlgeführte DirekteinspritzungSI Sparc IgnitionSMD Sauter Mean DiameterSNCR selektive nichtkatalytische ReduktionSOC State of ChargeSOFC Solid Oxide Fuel CellSOP Start of ProductionSOx SchwefeloxidSP Sample Probe (Probenentnahme)

XVIII Abkürzungen und Formelzeichen

SRE SaugrohreinspritzungSULEV Super Low Emission VehicleSV Space VelocityTBO Time Between OverhaulTC turbochargedTEDS Transducer Electronic Data SheetTEG Thermoelektrischer GeneratorTEU Twenty-foot Equivalent UnitTHC Total HydrocarbonsTMC Thermal Management ControllerUT unterer TotpunktUV ultraviolettViL Vehicle in the LoopVKM VerbrennungskraftmaschineVM VerbrennungsmotorV-Soot RußkennzahlVTG variable TurbinengeometrieVTMS Vehicle Thermal Management SystemVVH variabler VentilhubVVT variabler VentiltriebWG wandgeführte DirekteinspritzungwHL wässrige HarnstofflösungWLTC Worldwide Harmonized Light-Duty Driving CycleWLTP Worldwide Light Duty Test ProcedureVVT variabler VentiltriebWLTC Worldwide Harmonized Light-Duty Driving CycleZAS ZylinderabschaltungZOT Zünd-OTZV ZündverzugZZP Zündzeitpunkt

Formelzeichen

a Schallgeschwindigkeit [m/s]A Flammenfrontfläche [m2][A] Spezienkonzentration [mol/mol]be spezifischer Brennstoffverbrauch [g/kWh]Bm Modellkonstantec Geschwindigkeit [m/s]Cd Durchflussbeiwertcm mittlere Kolbengeschwindigkeit [m/s]

Abkürzungen und Formelzeichen XIX

C0p molare Wärmekapazität bei konstantem Druck

C, c Konstantenc� spezifische Wärme bei konstantem Volumen [J/kg]c� spezifische Wärme bei konstantem Druck [J/kg]dhyd hydraulischer Durchmesser [m]D Kolbendurchmesser [m]D DiffusionskoeffizientE Energie [J]E Elastizitätsmodul [N/m2]EA Aktivierungsenergie [J]e spezifische Energie [J/kg]e Exzentrizität [m]f ReibbeiwertG freie Enthalpie [J]g spezifische freie Enthalpie [J/kg]Qg molare freie Enthalpie [J/mol]H Enthalpie [J]Hu unterer Heizwert [J/kg]h spezifische Enthalpie [J/kg]Qh molare Enthalpie [J/kg]Qhı Standard-Bildungsenthalpie [J/mol]h Höhe [m]I Impuls [kg m/s]J JakobimatrixK GleichgewichtskonstanteK Kavitationszahlk Geschwindigkeitskonstantek turbulente kinetische Energie [m2/s2]lL integrales Längenmaß [m]lT Taylor-Längenmaß [m]lK Kolmogorovlänge [m]l Pleuellänge [m]M Moment [Nm]m Masse [kg]m Vibe-ParameterN Partikelanzahln DrehzahlnA Arbeitsspiel pro Zeitni Stoffmenge [mol]p Druck [bar]pm Mitteldruck [bar]PP Leistung [W]

XX Abkürzungen und Formelzeichen

Q Wärmemenge [J]PQ Wärmestrom [W]q spezifische Wärmemenge [J/kg]Pq Wärmestromdichte [W/m2]q* ParameterR Gaskonstanter Luftgehaltr Radius [m]r Reaktionsrates spezifische Entropie [J/(kgK)]s Flammengeschwindigkeit [m/s]s Kolbenweg [m]s Länge [m]T Temperatur [K]t Zeit [s]U innere Energie [J]u spezifische innere Energie [J/kg]u, v, w Geschwindigkeitskomponenten [m/s]V Volumen [m3]v spezifisches Volumen [m3/kg]PW Leistung [W]x0 Verhältnisx, y, z Längenkoordination [m]z Zylinderzahl

Indizes

0 Ruhe- oder Referenzzustand1 Austritt1 ein2 ausa Austrittab abgeführtad adiabatAG ArbeitsgasArr ArrheniusB Brennstoffb BrennstoffBB Blow ByBeh Behälterbez bezogene Größe

Abkürzungen und Formelzeichen XXI

c Carnotprozessc Compressionch chemischD Drosseldampf Dampfdruckdiff diffusive effektive Eintrittg Gasphasegeo geometrischges gesamth HubvolumenH Gesamtvolumeni Spezies ii innerei indiziertirr irreversibleis isentropj Spezies jK Kraftstoffk, l, m, n Summationsindexkomp Kompressionkrit kritischl laminarl rückwärts (links)LL LadeluftLW Ladungswechselmax maximalmin minimaln. V. nach Verdichtern. T. nach Turbinep isobarR Reaktionr Reibungr vorwärts (rechts)s isentropSys Systemt technischt totalt turbulenttats tatsächlichth thermisch

XXII Abkürzungen und Formelzeichen

theo theoretischT TurbineTL Turboladeruv unverbranntv verbranntV VerdichterVerbr Verbrennung, verbranntvp Seiligerprozessv. T. vor Turbinev. V. vor Verdichterw Wandwl turbulente SchwankungsgrößeQw molare GrößeNw Mittelwertzu zugeführtZyl Zylinder

Griechische Symbole

˛ Wärmeübergangskoeffizient [W/(m2 K)]ˇ Stoffübergangskoeffizient [m3/s]� freie Oberfläche [m2]� Differenzı Differenz�h Reaktionsenthalpie [J/kg]�p Druckverlust [bar]" Verdichtungsverhältnis" Kühlziffer" Fehler� Trägheitsmoment [Nm]� Reibbeiwert� Kontraktionszahl� dynamische Viskosität [Pa � s]�� Umsetzungsgrad Isentropenkoeffizient Luftverhältnis Reibungszahl Wärmeleitfähigkeit [W/mk]s Schubstangenverhältnis� chemisches Potenzial [J/mol]� kinematische Viskosität [m2/s]

Abkürzungen und Formelzeichen XXIII

� i stöchiometrischer Koeffizient Atomzahlverhältnis Verhältnisı chemisches Potenzial [J/kg]� Druckverhältnis� Dichte [kg/m3]� charakteristische Zeit [s]' Kurbelwinkel [°KW] Ausflussfunktion! Winkelgeschwindigkeit [rad/s]

Nomenklatur

AF,n frei durchströmbare Fläche des Kanalsageo Geometrische Oberfläche des Monolithenc Molare Konzentrationcjg Konzentration der Spezies j im Gasbulkcp,s Wärmekapazität der FeststoffphaseDPj;eff Effektiver Porendiffusionskoeffizient

Deff Effektiver Diffusionskoeffizientd1 Durchmesser des Kanalsdhyd hydraulischer KanaldurchmesserFn ReibbeiwertGzh dimensionslose Grätz-Zahl des WärmeübergangsGzm dimensionslose Grätz-Zahl des Stoffübergangshj Enthalpie der Spezies j in der Gasphase�hi Reaktionsenthalpie der i-ten Reaktionkw, krtkakkrk Permeabilitäten der jeweiligen SchichtenLCat KatalysatorlängeTP BeschichtungsdickeMGj molare Masse der Spezies jmruss,in EinlassrußmassenstromPS,n Kanalumfangpg Druck der Gasphasepg,n Druck im Kanal�pw Teildruckverlust durch die Wand�prk Teildruckverlust durch die Schicht der Rußtiefenfiltration�pak Teildruckverlust durch die Schicht des Aschekuchens�prk Teildruckverlust durch die Schicht des Rußkuchens zusammenri Reaktionsrate der Rate i (flächen-, oder volumenbezogen)Sc dimensionslose Schmidt-Zahl

XXIV Abkürzungen und Formelzeichen

Srk Indikator für KuchenfiltrationSrt Indikator für TiefenfiltrationTg GastemperaturTs Wandtemperaturt Zeitvg Geschwindigkeit der Gasphasevg,n Geschwindigkeit im Kanalvw,n Strömungsgeschwindigkeit durch die poröse Wandvw Wandgeschwindigkeitvw,n normierte Wandgeschwindigkeitwj;g Massenanteil Spezies j in der Gasphasex Ortskoordinatey OrtskoordinateZk Bedeckungsgrad der k-ten gespeicherten Speziesz Ortskoordinate˛ Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Gas- und Feststoffphaseˇj Stoffübergangskoeffizient der Spezies jırk Rußkuchenhöheıak Aschekuchenhöhe"g offene Frontfläche des Monolithen"P Porosität der Beschichtung� Porenwirkungsradg Wärmeleitfähigkeit der Gasphases Wärmeleitfähigkeit der Wand� Reibbeiwert�g Dichte der Gasphase�g,n Dichte im Kanal�s Dichte der Feststoffphase� dynamische Viskosität� i,j stöchiometrischer Koeffizient der Spezies j in der Reaktion i� freie OberflächeS Spritzbeginn in [Grad Kurbelwinkel vor OT]R Raildruck in [bar]A Abgasrückführrate in [%]a0 bis d3 Polynomkoeffizientenu Eingangsvariablenvektorm Anzahl der lokalen Teilmodelle˚i Gewichtungsfunktion für das Teilmodell i�i Koeffizientenvektor für das Teilmodell ix(k) Inputvektor zum Zeitpunkt km, n Systemordnung für Ein- und AusgängeM Anzahl der lokalen Teilmodelle

Abkürzungen und Formelzeichen XXV

q Anzahl der EingängeOy GesamtmodellOyi Teilmodell i˚i Gewichtungsfunktion für das Teilmodell i�i Parametervektor für das Teilmodell i

Wir bewegen Millionen – immer sauberer und effizienter.

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Der Bau umweltfreundlicher Fahrzeuge ist die größte technische Herausforderung der heutigen Zeit für die Automobilindustrie. Deswegen verfolgen wir bei der Entwicklung von Technologien für Verbrennungsmotoren zwei Hauptziele: die Steigerung der Kraftstoffeffizienz und die Reduzierung von Emissionen. Wir liefern innovative Lösungen für jede technische Herausforderung – egal, ob es sich dabei um neue Verbrennungsprozesse, automatische Start/Stop-Systeme oder zunehmend strikte Abgasvorschriften handelt.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Günter P. Merker1.1 Vorbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Modellbildung und Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Verbrennungsdiagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.4 Möglichkeiten und Grenzen von Simulationsverfahren . . . . . . . . . . 4Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Teil I Funktionsweise von Verbrennungsmotoren

2 PKW-Ottomotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Wolfram Gottschalk2.1 Gesetzgebung und technologische Meilensteine . . . . . . . . . . . . . . 9

2.1.1 Emissionsgrenzwerte und Prüfzyklen . . . . . . . . . . . . . . . 92.1.2 Entwicklungsschwerpunkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2 Emissions-, Verbrauchs- und Leistungsziele . . . . . . . . . . . . . . . . 382.3 Potenzial des PKW-Ottomotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3 PKW-Dieselmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Peter Eckert, Maximilian Brauer und Frank Bunar3.1 Gesetzgebung und technologische Meilensteine . . . . . . . . . . . . . . 47

3.1.1 Abgasgesetzgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.1.2 Technologische Meilensteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.2 Wege zum Erreichen der Emissions-, Verbrauchs- und Leistungsziele 563.2.1 Grundmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.2.2 Aufladesystem inklusive Abgasrückführstrecke . . . . . . . . . 593.2.3 Einspritz- und Gemischbildungssystem . . . . . . . . . . . . . . 633.2.4 Abgasnachbehandlungssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

XXVII

XXVIII Inhaltsverzeichnis

4 Downsizing bei PKW-Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Christian Eiglmeier und Axel Groenendijk4.1 Downsizing, Downspeeding und Rightsizing . . . . . . . . . . . . . . . . 754.2 Schlüsseltechnologien beim Ottomotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.3 Schlüsseltechnologien beim Dieselmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

5 Nutzfahrzeugdieselmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97Heiko Lettmann und Karl Maderthaner5.1 Anforderungen, Einteilung, Entwicklung und Gesetzgebung . . . . . . 97

5.1.1 Anforderungen und Einteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.1.2 Entwicklung seit 1970 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

5.2 Brennverfahren von Nutzfahrzeugdieselmotoren . . . . . . . . . . . . . 1055.2.1 Heterogene Brennverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1075.2.2 Homogene Brennverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1115.2.3 Beispiele ausgeführter Nutzfahrzeugmotoren . . . . . . . . . . 113

5.3 Kaltstartfähigkeit und Warmlaufverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1165.4 Besonderheiten der Aufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1175.5 Mechanik des Nutzfahrzeugdieselmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1205.6 Motorbremssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1225.7 Non-Road-Mobile-Machinery-Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1265.8 Potenzial des Nutzfahrzeugdieselmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

6 Großdieselmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131Hinrich Mohr6.1 Einführung und Gesetzgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1316.2 Systemintegration und -simulation bei Großmotoren . . . . . . . . . . . 1436.3 Potenziale von Großdieselmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

7 Viertaktschnellläufer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149Christoph Teetz und Gerhard Haußmann7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1497.2 MTU-Baureihe 331/396 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1527.3 MTU-Baureihen 2000 und 4000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

8 Mittelschnelllaufende Viertaktdieselmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159Gunnar Stiesch8.1 Definition und Einordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1598.2 Einsatzbereiche und Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1608.3 Thermodynamische Motoreigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Inhaltsverzeichnis XXIX

8.4 Konstruktive Besonderheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1698.5 Emissionsminderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

9 Auslegung von Viertaktmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179Gerhard Haußmann9.1 Auslegungskriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1799.2 Personenkraftwagenmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1839.3 Formel-1-Rennmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1879.4 Nutzfahrzeugmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1889.5 Schnelllaufende Hochleistungsdieselmotoren für Schiffsantriebe . . . 1909.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

10 Zweitaktlangsamläufer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199Stefan Mayer10.1 Anwendung und genereller Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19910.2 Ladungswechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20210.3 Kraftstoffeinspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20310.4 Aufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20410.5 Schmiersystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20510.6 Abgasenergierückgewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20610.7 Besonderheiten beim Betreiben von Langsamläufern . . . . . . . . . . . 20610.8 Arbeitsprozess des Langsamläufers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20710.9 Emissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20810.10 Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

10.10.1 Reduktion von Emissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20910.10.2 Dual-Fuel- und Gasbetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

11 Großgasmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213Andreas Wimmer, Rainer Golloch und Matthias Auer11.1 Gasförmige Kraftstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21711.2 Brennverfahren und Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22111.3 Emissionen und Abgasgesetzgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23311.4 Vergleich Großgasmotor mit Großdieselmotor . . . . . . . . . . . . . . . 23711.5 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23911.6 Entwicklungsmethodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

XXX Inhaltsverzeichnis

12 Notwendigkeit von Optimierungsstrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245Christian Beidl, Hans-Michael Koegeler, Mats Ivarson und Andreas Rainer12.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24612.2 Modellstrukturierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24812.3 Modellansätze für die Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25512.4 Beispiele für Optimierungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

12.4.1 Emissionsoptimierung Dieselpersonenkraftwagen . . . . . . . 25812.4.2 Volllastoptimierung Ottomotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27112.4.3 Variantenauslegung von Arbeitsmaschinen . . . . . . . . . . . . 274

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

13 Realfahrtsbezogene Funktions- und Korrekturbedatung . . . . . . . . . . . 281Christian Beidl, Hans-Michael Koegeler, Mats Ivarson und Andreas Rainer13.1 Bedatung virtueller Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28113.2 Kaskadierte, modellbasierte Optimierung und Funktionsbedatung . . . 286

13.2.1 Antriebsstrangkonzeptauslegung mit Model-in-the-Loop . . . 28713.2.2 Optimierung des Energiemanagements von Hybridfahrzeugen

in kritischen Zyklusabschnitten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29313.2.3 Beherrschung mehrschichtiger Optimierungsprobleme

in Realfahrszenarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29713.2.4 Identifikation kritischer Bereiche im transienten Verhalten . . 29913.2.5 Transiente Korrektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

13.3 Beispiel zur Höhenkorrektur am virtuellen Prüfstand . . . . . . . . . . . 30413.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

Teil II Alternative Antriebssysteme

14 Elektrifizierte Antriebssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313Peter Fischer und Stefan Neunteufel14.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31314.2 Übersicht unterschiedlicher Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

14.2.1 Energiespeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31514.2.2 Maschinen und Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31714.2.3 Fahrzeug als Integrator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

14.3 Energiespeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32014.3.1 Lithiumionenbatterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32114.3.2 Lademöglichkeiten und Ladeströme . . . . . . . . . . . . . . . . 33014.3.3 Superkondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33214.3.4 Hydropneumatische Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33414.3.5 Schwungradspeicher und Kinetic-Energy-Recovery-System . 336

Inhaltsverzeichnis XXXI

14.3.6 Vergleich der verschiedenen Energiespeicher . . . . . . . . . . 33814.4 Elektrische Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

14.4.1 Asynchronmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34114.4.2 Permanenterregte Synchronmaschine . . . . . . . . . . . . . . . 34314.4.3 Vergleich der verschiedenen elektrischen Maschinen . . . . . 345

14.5 Elektrische und elektronische Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . 34614.5.1 Bordnetz und Spannungslagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34614.5.2 Power Distribution Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34814.5.3 Leistungselektronik, Inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34814.5.4 Steuergeräte und Bussysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350

14.6 Getriebe für hybride und alternative Antriebsstränge . . . . . . . . . . . 35114.6.1 Getriebe für P2-Parallelhybride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35114.6.2 Leistungsverzweigte Hybride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35514.6.3 Continuous Variable Transmission – Getriebe mit Erweiterung

durch Elektromaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35814.6.4 Elektrische Achsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360

14.7 Schlussfolgerung und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

15 Hybridantriebe und Range Extender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365Helmut Tschöke15.1 Elektrifizierung des Antriebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36515.2 Hybridantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368

15.2.1 Einteilung nach dem Hybridisierungs- oderElektrifizierungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

15.2.2 Einteilung nach Energiefluss oder Antriebsarchitektur . . . . . 37415.3 Range Extender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

15.3.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37715.3.2 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

15.4 Auswirkungen auf den Verbrennungsmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . 385Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389

16 Grundlagen der Brennstoffzellentechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391Jürgen Rechberger16.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39116.2 Funktionsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39116.3 Brennstoffzellentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392

16.3.1 Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle . . . . . . . . . . . 39416.3.2 Festoxidbrennstoffzelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394

16.4 Brennstoffzellen für automobile Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . 39516.4.1 Aufbau eines Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen-

Stacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

XXXII Inhaltsverzeichnis

16.4.2 Funktionsweise eines automobilen Brennstoffzellensystems . 39716.4.3 Antriebsarchitektur für ein Brennstoffzellenfahrzeug . . . . . 40216.4.4 Brennstoffzellenserienfahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40216.4.5 Wasserstoffspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40416.4.6 Feststoffoxid-Brennstoffzellsysteme zur

Reichweitenverlängerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40616.5 Vergleich von batterieelektrischen und Brennstoffzellenfahrzeugen . . 411

16.5.1 Energieeffizienz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41116.5.2 Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41216.5.3 Lade- und Betankungsinfrastruktur . . . . . . . . . . . . . . . . 41316.5.4 Schlussfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41516.5.5 Aufbau eines Feststoffoxid-Brennstoffzellen-Stacks . . . . . . 41816.5.6 Funktionsprinzip eines stationären Feststoffoxid-

Brennstoffzellen-Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422

17 Der Verbrennungsmotor als Teil des gesamten Antriebsstrangs . . . . . . 425Gunter Fraidl und Paul Kapus17.1 Anforderungen an den Antriebsstrang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42517.2 Zielwertfestlegungen auf Fahrzeugebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

17.2.1 Benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42817.2.2 Attribute Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429

17.3 Einbindung des Verbrennungsmotors in das Fahrzeuggesamtsystem . 43017.3.1 Mechanisch-funktionale Integration des Verbrennungsmotors 43217.3.2 Energetische Integration des Verbrennungsmotors . . . . . . . 43617.3.3 Integration des Verbrennungsmotors auf

Software-/Datenebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443

18 Zukunft des Verbrennungsmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445Ulrich Spicher18.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44518.2 Die Rolle der Verbrennungsmotoren für die Mobilität der Zukunft . . 447

18.2.1 Gesetzgebung und Emissionsvorschriften . . . . . . . . . . . . 45018.2.2 Objektive Beurteilung von Antriebskonzepten . . . . . . . . . . 45418.2.3 CO2-Effizienz bei Lebenszyklusbetrachtungen . . . . . . . . . 469

18.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476

19 Verbrennungsmotoren – gestern, heute, morgen . . . . . . . . . . . . . . . . 479Helmut Eichlseder19.1 Alternative Konzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479

Inhaltsverzeichnis XXXIII

19.1.1 Stirlingmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47919.1.2 Dampfmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48219.1.3 Gasturbinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48319.1.4 Wankelmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48419.1.5 Zweitaktmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48519.1.6 Brennstoffzelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487

19.2 Entwicklungspotenzial des Verbrennungsmotors . . . . . . . . . . . . . 488Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507

Teil III Thermodynamische und chemische Grundlagen

20 Thermodynamische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513Günter P. Merker20.1 Energiewandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51320.2 Kinematik des Kurbeltriebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51420.3 Kreisprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518

20.3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51820.3.2 Geschlossene Kreisprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52420.3.3 Offene Vergleichsprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531

20.4 Vom Ideal- zum Realprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53320.4.1 Verlustteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53320.4.2 Kenngrößen und Kennwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53420.4.3 Motorprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540

21 Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541Peter Eckert, Helmut Eichlseder, Sebastian Rakowski und Helmut Tschöke21.1 Konventionelle Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541

21.1.1 Gesetzgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54121.1.2 Zusammensetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54221.1.3 Weitere Bestandteile konventioneller Brennstoffe . . . . . . . 54521.1.4 Benzin- und Ottobrennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54821.1.5 Dieselbrennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54921.1.6 Brennstoffe für Marineanwendungen . . . . . . . . . . . . . . . 550

21.2 Zukünftige Brennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55121.2.1 Ottobrennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55421.2.2 Dieselbrennstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571

22 Reaktionskinetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575Gunnar Stiesch und Peter Eckert22.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575

XXXIV Inhaltsverzeichnis

22.1.1 Chemisches Gleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57522.1.2 Reaktionsgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57922.1.3 Partielles Gleichgewicht und Quasistationarität . . . . . . . . . 580

22.2 Reaktionskinetik von Kohlenwasserstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . 58322.2.1 Oxidation von Kohlenwasserstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . 58322.2.2 Zündvorgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58622.2.3 Reaktionskinetik in der motorischen Simulation . . . . . . . . 592

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597

23 Benzinverbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599Wolfram Gottschalk23.1 Gemischbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599

23.1.1 Homogenbetrieb mit Saugrohreinspritzung . . . . . . . . . . . 60123.1.2 Homogenbetrieb mit Direkteinspritzung . . . . . . . . . . . . . 60223.1.3 Schichtbetrieb mit Direkteinspritzung . . . . . . . . . . . . . . . 60223.1.4 Homogene Selbstzündung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605

23.2 Zündung und Verbrennungsablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60723.2.1 Aufbau der elektrischen Zündanlage . . . . . . . . . . . . . . . 60723.2.2 Bereitstellung der elektrischen Energie . . . . . . . . . . . . . . 60823.2.3 Verlauf der elektrischen Fremdzündung . . . . . . . . . . . . . 60823.2.4 Auslenkung und Abriss des Zündfunkens, Nebenschluss . . . 60923.2.5 Wärmewert, Selbstreinigungsfähigkeit und Elektrodenabstand 60923.2.6 Optimierte und alternative Zündsysteme . . . . . . . . . . . . . 61023.2.7 Flammfrontentwicklung und Einfluss der Turbulenz . . . . . . 61123.2.8 Verbrennungsgeschwindigkeit und Heiz- bzw. Brennverlauf . 613

23.3 Irreguläre Verbrennungsphänomene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61423.3.1 Klopfende Verbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61623.3.2 Reaktionskinetische Vorentflammung . . . . . . . . . . . . . . . 61723.3.3 Fremdinduzierte Vorentflammung bzw. Glühzündung . . . . . 618

23.4 Rohemissionen und innermotorische Schadstoffreduktion . . . . . . . . 61923.4.1 Abhängigkeit der Emissionskomponenten von Luftverhältnis

und Verbrennungstemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62023.4.2 Verhältnis der Emissionskomponenten

und Betriebspunktabhängigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62023.4.3 Emissionsverhalten bei Variation von Einspritztiming

und Raildruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62123.4.4 Emissionsverhalten bei interner Abgasrückführung . . . . . . 62323.4.5 Emissionsverhalten bei alternativen Flüssigkraftstoffen . . . . 62323.4.6 Emissionsverhalten im Schichtbetrieb bei Ottomotoren

mit Direkteinspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62623.4.7 Emissionsverhalten bei Entdrosselung mit variablem

Ventiltrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627

Inhaltsverzeichnis XXXV

23.4.8 Emissionsverhalten bei Drallladungsbewegungmit variablem Ventiltrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629

23.4.9 Einfluss des Emissionsverhaltensdurch das Verdichtungsverhältnis . . . . . . . . . . . . . . . . . 629

23.4.10 Emissionsverhalten bei Brennverfahrenmit homogener Selbstzündung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635

24 Dieselverbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639Peter Eckert und Sebastian Rakowski24.1 Gemischbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64024.2 Selbstzündung und Verbrennungsablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64324.3 Rohemissionen des Dieselmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647

24.3.1 Einspritzparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64824.3.2 Abgasrückführung und Aufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . 65724.3.3 Homogenisierung/alternative Brennverfahren . . . . . . . . . . 65924.3.4 Emissionen im transienten Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . 661

24.4 Potenzial des Dieselmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664

Teil IV Gemischbildung

25 Ladungswechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 669Helmut Eichlseder und Peter Grabner25.1 Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66925.2 Wichtige Kenngrößen des Ladungswechsels (Auszug aus DIN 1940) . 67125.3 Abgasrückführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67225.4 Variabilitäten im Ladungswechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675

25.4.1 Sauganlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67525.4.2 Ladungsbewegungsklappen (Drall und Tumble) . . . . . . . . 675

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678

26 Benzineinspritzsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681Roger Busch26.1 Saugrohreinspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682

26.1.1 Aufbau der Saugrohreinspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . 68226.1.2 Arbeitsweise der Saugrohreinspritzung . . . . . . . . . . . . . . 68626.1.3 Elektromagnetische Einspritzventile . . . . . . . . . . . . . . . . 68826.1.4 Kraftstoffverteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69026.1.5 Gemischbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69126.1.6 Advanced Port Fuel Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694

26.2 Direkteinspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696

XXXVI Inhaltsverzeichnis

26.2.1 Aufbau Direkteinspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69726.2.2 Arbeitsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69726.2.3 Brennverfahren und Gemischbildung . . . . . . . . . . . . . . . 70326.2.4 Mechatronische Systemkonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706

26.3 Wassereinspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70826.3.1 Vorteile der Wassereinspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70826.3.2 Aufbau eines Wassereinspritzsystems . . . . . . . . . . . . . . . 711

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712

27 Dieseleinspritzsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713Thomas Wintrich, Kai Sutter, Gerd Lösch, Andreas Rettich und JürgenHammer27.1 Grundfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71327.2 Bauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714

27.2.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71427.2.2 Hub-/Druck-Steuerung der Düsennadel . . . . . . . . . . . . . . 716

27.3 Common-Rail-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71727.3.1 Niederdrucksystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71727.3.2 Hochdrucksystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719

27.4 Hochdruckpumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72227.4.1 Aufbau und Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72227.4.2 Mengenregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72427.4.3 Hauptbauarten für Personenkraftwagen . . . . . . . . . . . . . . 726

27.5 Rail und Anbaukomponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72727.6 Common-Rail-Injektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731

27.6.1 Düsen für Common-Rail-Injektoren . . . . . . . . . . . . . . . . 73127.6.2 Magnetventilinjektor mit Kugelsitzventil . . . . . . . . . . . . . 73427.6.3 Magnetventilinjektor mit Schieberventil . . . . . . . . . . . . . 73727.6.4 Piezo-Inline-Injektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 740

27.7 Zumessfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744

28 Einspritzung für Großdieselmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 745Hartmut Schneider, Clemens Senghaas und Ralph-Michael Schmidt28.1 Geschichtlicher Rückblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74528.2 Pumpe-Leitung-Düse-Einspritzsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75028.3 Pumpe-Düse-Einspritzsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75328.4 Speichereinspritzsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755

28.4.1 Common-Rail-Systeme der ersten Generation . . . . . . . . . . 75528.4.2 Common-Rail-Systeme der zweiten Generation . . . . . . . . . 75928.4.3 Common-Rail-Systeme der dritten Generation . . . . . . . . . 76128.4.4 Schweröl-Common-Rail-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . 762

Inhaltsverzeichnis XXXVII

28.5 Derivate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76428.5.1 Einspritzventile für Gasmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76428.5.2 Wassereinspritzsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76628.5.3 Einspritzsysteme für Sonderkraftstoffe . . . . . . . . . . . . . . 766

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 767

29 Aufladeverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769Roland Baar29.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769

29.1.1 Natürliche Aufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77129.1.2 Druckwellenaufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77229.1.3 Kompressoraufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77229.1.4 Abgasturboaufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774

29.2 Aufbau und Funktion von Turboladern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77529.3 Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78529.4 Anpassung von Turboladern an Verbrennungsmotoren . . . . . . . . . . 78829.5 Erweiterte Turboladermodellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 795Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 799

30 Aufladesysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 801Roland Baar30.1 Laderkombinationen und Elektrifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 801

30.1.1 Zweistufig geregelte Aufladung aus zwei Abgasturboladern . 80130.1.2 Zweistufig geregelte Aufladung aus Abgasturbolader

und Kompressor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80230.1.3 Registeraufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80330.1.4 Elektrisch unterstützte Aufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . 805

30.2 Sonstiges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80630.2.1 Ladeluftkühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80630.2.2 Abgasrückführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80630.2.3 Stau- und Stoßaufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80730.2.4 Kennfeldstabilisierende Maßnahmen am Verdichter . . . . . . 80830.2.5 Schubumluft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 808

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 809

31 Thermomanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 811Raimund Almbauer, Andreas Ennemoser, Heinz Petutschnig und ArminTraußnig31.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 811

31.1.1 Begriffliche Abgrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81331.1.2 Thermomanagement Entwicklungsziele VKM . . . . . . . . . 814

31.2 Thermomanagementmaßnahmen VKM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 816

XXXVIII Inhaltsverzeichnis

31.2.1 Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81731.3 Modellbildung und Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818

31.3.1 Gesamtfahrzeugsimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81831.3.2 Grundgleichungen für Energieerhaltung und

Wärmeübertragung für den Aufbau thermischerModelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 819

31.3.3 Grundgleichungen Fluidmechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . 83131.3.4 Modellierung ausgewählter Komponenten . . . . . . . . . . . . 837

31.4 Betriebsstrategie und Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84231.4.1 Temperaturregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843

31.5 Ausgewählte Anwendungsfälle des Thermomanagements . . . . . . . . 84531.5.1 Jahresenergiebilanzanalyse für Hybrid- und Elektrofahrzeuge 84531.5.2 Konzeptauswahl geregelte Ölpumpe und Kolbenringe . . . . . 84631.5.3 „NO WASTE“ EU-Projekt, Restwärmenutzung im

Nutzfahrzeug mit Rankine-Zyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . 847Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 849

Teil V Verbrennungsdiagnostik

32 Druckindizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853Rüdiger Teichmann und Andreas Wimmer32.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85432.2 Die Indiziermesskette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 857

32.2.1 Piezoelektrische Druckaufnehmer . . . . . . . . . . . . . . . . . 85832.2.2 Piezomaterialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86032.2.3 Aufbau von piezoelektrischen Druckaufnehmern . . . . . . . . 86432.2.4 Absolutdruckmessende Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86632.2.5 Ladungsverstärker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86832.2.6 Indiziergerät . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87032.2.7 Messverkabelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87332.2.8 Winkelaufnehmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873

32.3 Einflüsse auf die Messgenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87732.3.1 Äußere Einflüsse auf den Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87732.3.2 OT-Zuordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87932.3.3 Bestimmung des Druckniveaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882

32.4 Kennwerte infolge von äußeren Einflüssen auf den Sensor . . . . . . . 88632.4.1 Temperaturbedingte Empfindlichkeitsänderung . . . . . . . . . 88632.4.2 Lastwechseldrift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 890

32.5 Varianten für die Sensoradaptierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89132.5.1 Zündkerzenadaptierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89132.5.2 Druckindizierung mit Eingriff am Versuchsträger . . . . . . . 894

Inhaltsverzeichnis XXXIX

32.6 Elektrische Drift am Ladungsverstärker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89732.7 Druckindizierung im Ein- und Auslasssystem . . . . . . . . . . . . . . . 898

32.7.1 Piezoelektrische Druckaufnehmer . . . . . . . . . . . . . . . . . 89932.7.2 Piezoresistive Druckaufnehmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 900

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 901

33 Druckverlaufsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903Rüdiger Teichmann und Andreas Wimmer33.1 Bestimmung des Brennverlaufes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903

33.1.1 Erfassung des Drucksignals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90333.1.2 Auswertung des Drucksignals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 904

33.2 Verlustteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90733.2.1 Verluste aus unvollständiger/unvollkommener Verbrennung . 90933.2.2 Verbrennungsverluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90933.2.3 Wandwärmeverluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91033.2.4 Ladungswechselverluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 910

33.3 Vergleich unterschiedlicher Brennverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . 91033.3.1 Vergleich der Brennverläufe unterschiedlicher Brennverfahren 91133.3.2 Vergleich der Verlustteilung unterschiedlicher Brennverfahren 911

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913

34 Optische Messverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915Ernst Winklhofer34.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91534.2 Anwendungsgebiete optischer Methoden im tabellarischen Überblick 91634.3 Beispiele optischer Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91734.4 Dieselmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 918

34.4.1 Brennraumendoskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91934.4.2 Flammenbildauswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92034.4.3 Rußbildung – Rußabbrand Variantenanalyse . . . . . . . . . . . 92134.4.4 Rußbewertung mit der Zweifarbenmethode . . . . . . . . . . . 922

34.5 Ottomotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92434.5.1 Emissionen: Bewerten der Gemischbildung aus einer Messung

der Flammenstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92434.5.2 Anwendungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92734.5.3 Verbrennungsstabilität: Strömung, EGR, Lambda . . . . . . . 93034.5.4 Irreguläre Verbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93434.5.5 Berührungslose Temperaturmessung . . . . . . . . . . . . . . . 936

34.6 Lasermesstechniken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93734.7 Ausblick Verbrennungsdiagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 938Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 939

XL Inhaltsverzeichnis

Teil VI Emissionen

35 Schadstoffbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 943Peter Eckert und Sebastian Rakowski35.1 Abgaszusammensetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94335.2 Innermotorische Schadstoffbildung und -reduktion . . . . . . . . . . . . 945

35.2.1 Kohlenmonoxid (CO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95035.2.2 Unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) . . . . . . . . . . . . . 95135.2.3 Partikelemission beim Dieselmotor . . . . . . . . . . . . . . . . 95835.2.4 Stickoxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 967

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974

36 Nachmotorische Schadstoffreduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 979Peter Eckert und Sebastian Rakowski36.1 Heterogene Katalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98036.2 Deaktivierungsmechanismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98236.3 Oxidationskatalysatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98436.4 Dreiwegekatalysatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98836.5 NOx-Speicherkatalysatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99036.6 Selektive katalytische Reduktion (SCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99236.7 Partikelfilter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 999Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1004

37 Emissionsmesstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1009Alexander Bergmann, Kurt Engeljehringer und Rüdiger Teichmann37.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100937.2 Messgasaufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1010

37.2.1 Messgasaufbereitung Abgasmessanlage . . . . . . . . . . . . .101037.2.2 Messgasaufbereitung durch Verdünnung . . . . . . . . . . . . .101437.2.3 Unverdünnte versus verdünnte Abgasmessung . . . . . . . . .1016

37.3 Messung gasförmiger Bestandteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101737.3.1 NDIR – nichtdispersiver Infrarotdetektor . . . . . . . . . . . . .101837.3.2 FID – Flame Ionisation Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . .102037.3.3 CLD – Chemolumineszenz Detektor . . . . . . . . . . . . . . .102137.3.4 PMD – Paramagnetischer Detektor . . . . . . . . . . . . . . . .102237.3.5 FTIR – Fourier-Transform Infrarotspektroskopie . . . . . . . .102237.3.6 LDS – Laser-Dioden-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . .1024

37.4 Messung fester Bestandteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102437.4.1 Messung der Partikel entsprechend gesetzlicher Vorgaben . .102437.4.2 Bestimmung von Partikeleigenschaften im Abgas

mit alternativen Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1027Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1033

Inhaltsverzeichnis XLI

38 RDE und neue Testzyklen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1035Kurt Engeljehringer38.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103538.2 Gesetzgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103638.3 RDE-Test und Randbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103838.4 PEMS-Messtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1040Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1042

Teil VII 0D- und 1D- Motorprozessrechnung

39 Nulldimensionale Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1045Franz Chmela, Gerhard Pirker und Andreas Wimmer39.1 Grundgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104739.2 Stoffwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105039.3 Chemisches Gleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105139.4 Ein- und Mehrzonenmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1055

39.4.1 Einzonenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105539.4.2 Zweizonenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105739.4.3 Mehrzonenmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1061

39.5 Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106139.5.1 Ersatzbrennverläufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106139.5.2 Verbrennungsmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106339.5.3 Grundsätzliche Ansätze zur Modellierung von Zündverzug

und Brennrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1063Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1066

40 Wärmeübergang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1069Franz Chmela, Gerhard Pirker und Andreas Wimmer40.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106940.2 Modelle auf Basis des Newton’schen Ansatzes . . . . . . . . . . . . . .1071

40.2.1 Wärmeübergangsbeziehung nach Woschni . . . . . . . . . . . .107240.2.2 Wärmeübergangsbeziehung nach Hohenberg . . . . . . . . . .1073

40.3 Physikalische Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107440.4 Strömungsfeldorientierte Ansätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1076

40.4.1 Wärmeübergang nach Bargende . . . . . . . . . . . . . . . . . .107640.4.2 Wärmeübergang nach Wimmer (2000), Pivec (2001) und

Schubert et al. (2005) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107740.5 Strahlungswärmeübergang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1079Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1082

XLII Inhaltsverzeichnis

41 Modellierung des Ladungswechsels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1083Franz Chmela, Gerhard Pirker und Andreas Wimmer41.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1083

41.1.1 Füll- und Entleermethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108441.1.2 Gasdynamische Betrachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1085

41.2 Koppelungsansätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109141.2.1 Eindimensionale Ladungswechselrechnung und

Motorprozessrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109241.2.2 Eindimensionale Ladungswechselrechnung und

3-D-CFD-Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1096Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1096

42 Gesamtsimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1099Franz Chmela, Gerhard Pirker und Andreas Wimmer42.1 Transiente Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109942.2 Hydrauliksimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1100

42.2.1 Aufbau eines Simulationsprogramms für hydraulischeSysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1101

42.2.2 Kavitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110542.3 Gesamtfahrzeugsimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1107

42.3.1 Thermisches Motormodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110942.3.2 Wärmeeintragsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111042.3.3 Reibungsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111142.3.4 Prognosegenauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1113

42.4 Vereinfachte Modellierung auf Basis von Mittelwertmodellen . . . . .1115Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1117

Teil VIII Phänomenologische Verbrennungsmodelle

43 Verbrennungsmodelle für Ottomotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1121Gunnar Stiesch, Friedrich Dinkelacker und Sebastian Rakowski43.1 Laminare und turbulente Flammengeschwindigkeit . . . . . . . . . . . .112443.2 Wärmefreisetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112643.3 Zündung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112943.4 Klopfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1130Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1131

44 Verbrennungsmodelle für Dieselmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1133Gunnar Stiesch44.1 Nulldimensionale Brennverlaufsfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . .113344.2 Stationärer Gasstrahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113544.3 Paketmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1140

Inhaltsverzeichnis XLIII

44.4 Zeitskalenmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1147Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1151

45 Verbrennungsmodelle für Großgasmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1153Franz Chmela, Gerhard Pirker, Andreas Wimmer und Friedrich Dinkelacker45.1 Zündverzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115445.2 Brennrate beim Ottogasmotor mit offenem Brennraum . . . . . . . . .115545.3 Brennrate beim Ottogasmotor mit Vorkammer . . . . . . . . . . . . . . .115645.4 Klopfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115945.5 NOx-Emissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116145.6 Methanemissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1162Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1162

46 Abgasnachbehandlungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1165Reinhard Tatschl und Johann Wurzenberger46.1 Methoden der Abgasnachbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116546.2 Modellbildung und Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116746.3 Abgaskatalysatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1168

46.3.1 Grundgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116846.3.2 Katalysatortypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1172

46.4 Dieselpartikelfilter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117846.4.1 Grundgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117846.4.2 Beladung und Druckverlust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118246.4.3 Regeneration und Temperaturverteilung . . . . . . . . . . . . .1183

46.5 Dosiereinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118546.6 Gesamtsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118646.7 Nomenklatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1187Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1189

Teil IX 3D-Simulation des Arbeitsprozesses

47 Strömungsmechanische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1193Christian Krüger und Frank Otto47.1 Massen- und Impulstransport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119647.2 Transport von innerer Energie und Spezies . . . . . . . . . . . . . . . . .119947.3 Passive Skalare und Mischungsbruch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120047.4 Konservative Formulierung der Transportgleichungen . . . . . . . . . .120147.5 Turbulenz und Turbulenzmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1202

47.5.1 Phänomenologie der Turbulenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120247.5.2 Modellierung der Turbulenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120347.5.3 Turbulentes Wandgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120647.5.4 Modellierung des turbulenten Mischungszustandes . . . . . .1209

XLIV Inhaltsverzeichnis

47.5.5 Die Gültigkeit von Turbulenzmodellen; Alternativansätze . .1212Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1217

48 Numerik und zukünftige Entwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1219Christian Krüger, Frank Otto, Martin Schmitt und Konstantinous Boulouchos48.1 Finites-Volumen-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121948.2 Diskretisierung des Diffusionsterms – Zentrale Differenzen . . . . . .122048.3 Diskretisierung des Konvektionsterms – Aufwindschema . . . . . . . .122248.4 Diskretisierung der Zeitableitung – Implizites Schema . . . . . . . . . .122348.5 Diskretisierung des Quellterms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122548.6 Operator-Split-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122648.7 Diskretisierung und numerische Lösung der Impulsgleichung . . . . .122648.8 Rechennetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122748.9 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1229

48.9.1 Simulation von Strömungsstrukturen im Zylinder: Ottomotor 122948.9.2 Simulation von Strömungsstrukturen im Zylinder:

Dieselmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123148.9.3 Düseninnenströmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1233

48.10 Direkte Numerische Simulation der Strömung im Brennraum. Standder Technik und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123648.10.1 Simulationsaufbau und Validierung . . . . . . . . . . . . . . . .123848.10.2 Ergebnisse: Strömungsfeld und Wandwärmeübergang

im Verdichtungstakt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123948.10.3 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124148.10.4 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1242

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1242

49 Simulation der Aufladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1245Roland Baar49.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124549.2 Interaktion von Laufrad und Gehäuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124849.3 Grundlagen der Gittergenerierung für Turbomaschinen . . . . . . . . .125049.4 Netzaufbau, Netzqualität, Turbulenzmodelle und Randbedingungen .125149.5 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125549.6 Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1259Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1260

50 Simulation von Einzeltropfenprozessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1261Christian Krüger und Frank Otto50.1 Impulsaustausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126150.2 Massen- und Wärmeaustausch (Einkomponentenmodell) . . . . . . . .126250.3 Massen- und Wärmeaustausch (Mehrkomponentenmodellierung) . . .1266

Inhaltsverzeichnis XLV

50.4 Flashboiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1270Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1271

51 Simulation des Einspritzstrahls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1273Christian Krüger und Frank Otto51.1 Strahlstatistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1273

51.1.1 Boltzmann-Williams-Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . .127451.1.2 Numerische Lösung der Boltzmann-Williams-Gleichung:

Das Standardmodell (Lagrange-Formulierung) . . . . . . . . .127651.1.3 Exkurs: Numerische Bestimmung von Zufallszahlen . . . . .127851.1.4 Partikel-Startbedingungen am Düsenaustritt . . . . . . . . . . .128051.1.5 Modellierung von Zerfallsprozessen . . . . . . . . . . . . . . . .128151.1.6 Modellierung von Stoßprozessen . . . . . . . . . . . . . . . . . .128651.1.7 Modellierung der turbulenten Dispersion

im Standard-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128751.1.8 Beschreibung der turbulenten Dispersion mittels Fokker-

Planck-Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128951.1.9 Die Diffusionsdarstellung der Fokker-Planck-Gleichung . . .129451.1.10 Probleme des Standardstrahlmodells . . . . . . . . . . . . . . .129751.1.11 Benzindirekteinspritzung für Schichtladung mit nach außen

öffnendem Piezo-Injektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130151.2 Euler-Strahlmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1305

51.2.1 Lokal homogene Strömung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130651.2.2 Einbettungen von 1D-Euler-Verfahren und anderen Ansätzen 130951.2.3 3D-Euler-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1312

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1315

52 Simulation der Dieselverbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1317Christian Krüger und Frank Otto52.1 Verbrennungsregimes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131752.2 Allgemeines Vorgehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132052.3 Diesel-Verbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1322

52.3.1 Simulation der Wärmefreisetzung . . . . . . . . . . . . . . . . .132252.3.2 Zündung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132952.3.3 NOx-Bildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133052.3.4 Rußbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133252.3.5 HC- und CO-Emissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1332

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1333

53 Simulation der Benzinverbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1335Christian Krüger und Frank Otto53.1 Homogener Benzinmotor (Vormischverbrennung) . . . . . . . . . . . .1335

XLVI Inhaltsverzeichnis

53.1.1 Zweiphasenproblematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133653.1.2 Magnussen-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133953.1.3 Flammenflächenmodelle (auch Coherent Flame Models) . . .134353.1.4 G-Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134753.1.5 Diffusive G-Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135053.1.6 Zündung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135153.1.7 Klopfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135253.1.8 Schadstoffbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1352

53.2 Benzinmotor mit Ladungsschichtung (teilweise vorgemischteFlammen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1353

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1358

54 Strömungsmechanische Simulation von Ladungswechsel,Gemischbildung und Verbrennung: Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . .1359Christian Krüger und Frank Otto54.1 Netzbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136054.2 Numerik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136154.3 Turbulenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136154.4 Modellierung der Einspritzprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1362

54.4.1 Näherung I: Berücksichtigung der Zerfälle nur alsMittelwertsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1363

54.4.2 Näherung II: Vernachlässigung von Stoßprozessen . . . . . . .136554.5 Modellierung der Verbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1366Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1367

A 3D-CFD Simulation mit dem kommerziellen Code AVL FIRETM . . . . . . . .1369Reinhard Tatschl

B Antriebssystemsimulation mit dem kommerziellen Code CRUISE™ M . . . .1403Reinhard Tatschl und Johann Wurzenberger

C Prüfstandssoftware – Fehlerdiagnose an Motorprüfständen . . . . . . . . . . .1441Michael Wohlthan, Gerhard Pirker und Andreas Wimmer

Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1461

Kapitel, Beiträge undMitarbeiter

� 1 EinleitungUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil. Günter P. Merker

Teil I Funktionsweise von Verbrennungsmotoren

� 2 PKW-OttomotorenPriv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Wolfram Gottschalk

� 3 PKW-DieselmotorenDr.-Ing. Peter EckertDr.-Ing. Maximilian BrauerDipl.-Ing. Frank Bunar

� 4 Downsizing bei PKW-MotorenDr.-Ing. Christian EiglmeierDr.-Ing. Axel Groenendijk

� 5 NutzfahrzeigdieselmotorenDr.-Ing. Heiko LettmannDr.-techn. Karl Maderthaner

� 6 GroßdieselmotorenHon.-Prof. Dr.-Ing. Hinrich Mohr

� 7 ViertaktschnellläuferDr.-Ing. Christian TeetzDipl.-Ing. Gerhard Haußmann

� 8 Mittelschnelllaufende Viertaktdieselmotorenapl. Prof. Dr.-Ing. habil. Gunnar Stiesch

� 9 Auslegung von ViertaktmotorenDipl.-Ing. Gerhard Haußmann

� 10 ZweitaktlangsamläuferDr.-Ing. Stefan Mayer

XLVII

XLVIII Kapitel, Beiträge und Mitarbeiter

� 11 GroßgasmotorenAo. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Andreas WimmerDr.-Ing. habil. Rainer GollochDr.-Ing. Matthias Auer

� 12 Notwendigkeit von OptimierungsstrategienUniv.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Christian BeidlDr. techn. Hans-Michael KoegelerMats IvarsonDipl.-Ing. (FH) Andreas Rainer

� 13 Realfahrtsbezogene Funktions- und KorrekturbedatungUniv.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Christian BeidlDr. techn. Hans-Michael KoegelerMats IvarsonDipl.-Ing. (FH) Andreas Rainer

Teil II Antriebssysteme

� 14 Elektrifizierte AntriebssystemeUniv.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Peter FischerDipl.-Ing. Stefan Neunteufel

� 15 Hybridantriebe und Range ExtenderUniv.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Helmut Tschöke

� 16 Grundlagen der BrennstoffzellentechnologieDr.-Ing. Juergen Rechberger

� 17 Der Verbrennungsmotor als Teil des gesamten AntriebstrangsDr. techn. Gunter FraidlDr. techn. Paul Kapus

� 18 Zukunft des VerbrennungsmotorsUniv.-Prof. Dr.-Ing. Ulrich Spicher

� 19 Verbrennungsmotoren – gestern, heute, morgenUniv.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Helmut Eichlseder

Teil III: Thermodynamische und chemische Grundlagen

� 20 Thermodynamische GrundlagenUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil. Günter P. Merker

� 21 BrennstoffeDr.-Ing. Peter EckertUniv.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Helmut EichlsederDr.-Ing. Sebastian RakowskiUniv.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Helmut Tschöke

Kapitel, Beiträge und Mitarbeiter XLIX

� 22 Reaktionskinetikapl. Prof. Dr.-Ing. habil. Gunnar StieschDr.-Ing. Peter Eckert

� 23 BenzinverbrennungPriv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Wolfram Gottschalk

� 24 DieselverbrennungDr.-Ing. Peter EckertDr.-Ing. Sebastian Rakowski

Teil IV Gemischbildung

� 25 LadungswechselUniv.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Helmut EichlsederDr. techn. Peter Grabner

� 26 BenzineinspritzsystemeDr.-Ing. Roger Busch

� 27 DieseleinspritzsystemeDr.-Ing. Thomas WintrichDipl.-Ing. Kai SutterDipl.-Ing. Andreas RettichDipl.-Ing. Gerd LöschHon.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Hammer

� 28 Einspritzung für GroßdieselmotorenDipl.-Ing. Hartmut SchneiderDipl.-Ing. Clemens SenghaasDr.-Ing. Ralph-Michael Schmidt

� 29 AufladeverfahrenUniv.-Prof. Dr.-Ing. Roland Baar †

� 30 AufladesystemeUniv.-Prof. Dr.-Ing. Roland Baar †

� 31 ThermomanagementAo. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Raimund AlmbauerDipl.-Ing. Andreas EnnemoserDr. techn. Heinz PetutschnigDr. techn. Armin Traußnig

Teil V Verbrennungsdiagnostik

� 32 DruckindizierungDr.-Ing. Rüdiger TeichmannAo. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Andreas Wimmer

L Kapitel, Beiträge und Mitarbeiter

� 33 DruckverlaufsanalyseDr.-Ing. Rüdiger TeichmannAo. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Andreas Wimmer

� 34 Optische MessverfahrenDipl.-Ing. Dr. techn. Ernst Winklhofer

Teil VI Emissionen

� 35 SchadstoffbildungDr.-Ing. Peter EckertDr.-Ing. Sebastian Rakowski

� 36 Nachmotorische SchadstoffreduktionDr.-Ing. Peter EckertDr.-Ing. Sebastian Rakowski

� 37 EmissionsmesstechnikUniv. Prof. Dr. Alexander BergmannDipl.-Ing. Kurt EngeljehringerDr.-Ing. Rüdiger Teichmann

� 38 RDE und neue TestzyklenDipl.-Ing. Kurt Engeljehringer

Teil VII 0D- und 1D-Motorprozessrechnung

� 39 Nulldimensionale ModellierungDr.-Ing. Franz ChmelaDr. techn. Gerhard PirkerAo. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Andreas Wimmer

� 40 WärmeübergangDr.-Ing. Franz ChmelaDr. techn. Gerhard PirkerAo. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Andreas Wimmer

� 41 Modellierung des LadungswechselsDr.-Ing. Franz ChmelaDr. techn. Gerhard PirkerAo. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Andreas Wimmer

� 42 GesamtsimulationDr.-Ing. Franz ChmelaDr. techn. Gerhard PirkerAo. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Andreas Wimmer

Kapitel, Beiträge und Mitarbeiter LI

Teil VIII Phänomenologische Verbrennungsmodelle

� 43 Verbrennungsmodelle für Ottomotorenapl. Prof. Dr.-Ing. habil. Gunnar StieschUniv.-Prof. Dr. rer. nat. Friedrich DinkelackerDr.-Ing. Sebastian Rakowski

� 44 Verbrennungsmodelle für Dieselmotorenapl. Prof. Dr.-Ing. habil. Gunnar Stiesch

� 45 Verbrennungsmodelle für GroßgasmotorenDr.-Ing. Franz ChmelaDr. techn. Gerhard PirkerAo. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Andreas WimmerUniv.-Prof. Dr. rer. nat. Friedrich Dinkelacker

� 46 AbgasnachbehandlungssystemeDr. techn. Reinhard TatschlDr. techn. Johann Wurzenberger

Teil IX 3D-Simulation des Arbeitsprozesses

� 47 Strömungsmechanische GrundlagenDr.-Ing. Christian KrügerDr. rer. nat. Frank Otto

� 48 Numerik und zukünftige EntwicklungenDr.-Ing. Christian KrügerDr. rer. nat. Frank OttoDr. sc. techn. Martin SchmittUniv.-Prof. Dr. sc. techn. Konstantinous Boulouchos

� 49 Simulation der AufladungUniv.-Prof. Dr.-Ing. Roland Baar †

� 50 Simulation von EinzeltropfenprozessenDr.-Ing. Christian KrügerDr. rer. nat. Frank Otto

� 51 Simulation des EinspritzstrahlsDr.-Ing. Christian KrügerDr. rer. nat. Frank Otto

� 52 Simulation der DieselverbrennungDr.-Ing. Christian KrügerDr. rer. nat. Frank Otto

� 53 Simulation der BenzinverbrennungDr.-Ing. Christian KrügerDr. rer. nat. Frank Otto

LII Kapitel, Beiträge und Mitarbeiter

� 54 Strömungsmechanische Simulation von Ladungswechsel, Gemischbildung undVerbrennung: AusblickDr.-Ing. Christian KrügerDr. rer. nat. Frank Otto

Anhang

� A 3D-CFD Simulation mit dem kommerziellen Code AVL FIRE™Dr. techn. Reinhard Tatschl

� B Antriebssystemsimulation mit dem kommerziellen Code CRUISE™ MDr. techn. Reinhard TatschlDr. techn. Johann Wurzenberger

� C Prüfstandssoftware – Fehlerdiagnose an MotorprüfständenDipl.-Ing. Michael WohlthanDr. techn. Gerhard PirkerAo. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Andreas Wimmer

Firmen- und Hochschulverzeichnis

Firmen

� AVL LIST GmbH, Graz, Austria– Dipl.-Ing. Kurt Engeljehringer– Dipl.-Ing. Andreas Ennemoser– Dr. techn. Günter Fraidl– Mats Ivarson– Dr. techn. Paul Kapus– Dr. techn. Hans-Michael Koegeler– Hon.-Prof. Dr.-Ing. Hinrich Mohr– Dr. techn. Heinz Petutschnig– Dipl.-Ing. (FH) Andreas Rainer– Dipl.-Ing. Juergen Rechberger– Dr. techn. Reinhard Tatschl– Dr.-Ing. Rüdiger Teichmann– Dr. techn. Armin Traußnig– Dr. techn. Ernst Winklhofer– Dr. techn. Johann Wurzenberger

� Daimler AG, Stuttgart– Dr.-Ing. Christian Krüger– Dr. techn. Karl Maderthaner– Dr.-Ing. Heiko Lettmann– Dr. rer. nat. Frank Otto– Dr.-sc. nat. Martin Schmitt

� HAUSSMANN CONSULTING, Tettnang– Dipl.-Ing. Gerhard Haußmann

� IAV GmbH, Berlin– Dr.-Ing. Maximilian Brauer– Dr.-Ing. Frank Bunar– Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Wolfram Gottschalk– Dr.-Ing. Sebastian Rakowski

LIII

LIV Firmen- und Hochschulverzeichnis

� Woodward L’Orange GmbH, Stuttgart– Dr.-Ing. Ralph-Michael Schmidt– Dipl.-Ing. Hartmut Schneider– Dipl.-Ing. Clemens Senghaas

� MAN Energy Solutions SE, Augsburg– Dr.-Ing. Matthias Auer– apl.-Prof. Dr.-Ing. habil. Gunnar Stiesch

� MAN Energy Solutions SE, Kopenhagen– Dr.-Ing. Stefan Mayer

� MAN Truck & Bus AG, Nürnberg– Dr.-Ing. Peter Eckert

� MTU Friedrichshafen GmbH, Friedrichshafen– Dr.-Ing. Christoph Teetz

� REINTJES GmbH, Hameln– Dr.-Ing. habil. Rainer Golloch

� Robert Bosch GmbH, Stuttgart– Dr.-Ing. Roger Busch– Hon.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Hammer– Dr.-Ing. Thomas Wintrich– Dipl.-Ing. (FH) Kai Sutter– Dipl.-Ing. Andreas Rettich– Dipl.-Ing. Gerd Lösch

� Volkswagen AG, Wolfsburg– Dr.-Ing. Christian Eiglmeier– Dr.-Ing. Axel Groenendijk

Hochschulen

� Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, ETH-Zürich– Univ.-Prof. Dr. sc. techn. Konstantinous Boulouchos

� Karlsruher Institut für Technologie (KIT)– Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Ulrich Spicher

� Leibniz Universität Hannover– Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Friedrich Dinkelacker– Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Günter P. Merker

� Large Engines Competence Center– Dr.-Ing. Franz Chmela– Dr. techn. Gerhard Pirker– Dipl.-Ing. Michael Wohlthan

� Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg– Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Helmut Tschöke

Firmen- und Hochschulverzeichnis LV

� Technische Universität Berlin– Univ.-Prof. Dr.-Ing. Roland Baar †

� Technische Universität Darmstadt– Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Christian Beidl

� Technische Universität Graz, Austria– Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Raimund Almbauer– Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Helmut Eichlseder– Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Andreas Wimmer– Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Peter Fischer– Dipl.-Ing. Stefan Neunteufel– Dr. techn. Peter Grabner– Univ. Prof. Dr. Alexander Bergmann

Autorenverzeichnis

Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Raimund Almbauer Technische UniversitätGraz, Graz, Österreich, http://www.tugraz.at

Dr.-Ing. Matthias Auer MAN Energy Solutions SE, Augsburg, Deutschland,http://www.man-es.com

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Roland Baar Technische Universität Berlin, Berlin, Deutschland,http://www.tu-berlin.de

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Christian Beidl Technische Universität Darmstadt,Darmstadt, Deutschland, http://www.tu-darmstadt.de

Univ.-Prof. Mag. rer. nat. Dr. rer. nat Alexander Bergmann Technische UniversitätGraz, Graz, Österreich

Univ.-Prof. Dr. sc. techn. Konstantinous Boulouchos ETH Zürich, Zürich, Schweiz,http://www.ethzuerich.ch

Dr.-Ing. Maximilian Brauer IAV GmbH, Berlin, Deutschland, http://www.iav.de

Dr.-Ing. Frank Bunar IAV GmbH, Berlin, Deutschland, http://www.iav.de

Dr.-Ing. Roger Busch Robert Bosch GmbH, Stuttgart, Deutschland,http://www.bosch.de

Dr.-Ing. Franz Chmela LEC GmbH, Graz, Österreich, http://www.lec.at

Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Friedrich Dinkelacker Leibniz Universität Hannover,Hannover, Deutschland, http://www.uni-hannover.de

Dr.-Ing. Peter Eckert MAN Truck & Bus AG, Nürnberg, Deutschland,http://www.man-es.com

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Helmut Eichlseder Technische Universität Graz,Graz, Österreich, http://www.tugraz.at

Dr.-Ing. Christian Eiglmeier Volkswagen AG, Wolfsburg, Deutschland,http://www.volkswagen.de

LVII

LVIII Autorenverzeichnis

Kurt Engeljehringer AVL LIST GmbH, Graz, Österreich, http://www.avl.com

Dipl.-Ing. Andreas Ennemoser AVL LIST GmbH, Graz, Österreich,http://www.avl-com

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Peter Fischer Technische Universität Graz, Graz,Österreich, http://www.tugraz.at

Dr. techn. Gunter Fraidl AVL LIST GmbH, Graz, Österreich, http://www.avl.com

Dr.-Ing. habil. Rainer Golloch REINTJES GmbH, Hameln, Deutschland,http://www.reintjes-gears.de

Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Wolfram Gottschalk IAV GmbH, Berlin, Deutschland,http://www.iav.de

Dr. techn. Peter Grabner Technische Universität Graz, Graz, Österreich,http://www.tugraz.at

Dr.-Ing. Axel Groenendijk Volkswagen AG, Wolfsburg, Deutschland,http://www.volkswagen.de

Hon.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Hammer Robert Bosch GmbH, Stuttgart, Deutschland,http://www.bosch.de

Dipl.-Ing. Gerhard Haußmann HAUSSMANN CONSULTING, Tettnang,Deutschland

Mats Ivarson AVL LIST GmbH, Graz, Österreich, http://www.avl.com

Dr. techn. Paul Kapus AVL LIST GmbH, Graz, Österreich, http://www.avl.com

Dr. techn. Hans-Michael Koegeler AVL LIST GmbH, Graz, Österreich,http://www.avl.com

Dr.-Ing. Christian Krüger Daimler AG, Stuttgart, Deutschland, http://www.daimler.de

Dr.-Ing. Heiko Lettmann Daimler AG, Stuttgart, Deutschland, http://www.daimler.de

Dipl.-Ing. Gerd Lösch Robert Bosch GmbH, Stuttgart, Deutschland,http://www.bosch.de

Dr. techn. Karl Maderthaner Daimler AG, Stuttgart, Deutschland,http://www.daimler.de

Dr.-Ing. Stefan Mayer MAN Energy Solutions SE, Kopenhagen, Dänemark,http://www.man-es.com

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Günter P. Merker Tettnang, Deutschland

Hon.-Prof. Dr.-Ing. Hinrich Mohr AVL LIST GmbH, Graz, Österreich,http://www.avl.com

Autorenverzeichnis LIX

Dipl.-Ing. Stefan Neunteufel Universität Graz, Graz, Österreich, http://www.tugraz.at

Dr. rer. nat. Frank Otto Daimler AG, Stuttgart, Deutschland, http://www.daimler.de

Dr. techn. Heinz Petutschnig AVL LIST GmbH, Graz, Österreich, http://www.avl.com

Dr. techn. Gerhard Pirker LEC GmbH, Graz, Österreich, http://www.lec.at

Dipl.-Ing. Andreas Rainer AVL LIST GmbH, Graz, Österreich, http://www.avl.com

Dr.-Ing. Sebastian Rakowski IAV GmbH, Berlin, Deutschland, http://www.iav.de

Dipl.-Ing. Jürgen Rechberger AVL LIST GmbH, Graz, Österreich, http://www.avl.com

Dipl.-Ing. Andreas Rettich Robert Bosch GmbH, Stuttgart, Deutschland,http://www.bosch.de

Dr. sc. techn. Martin Schmitt Robert Bosch GmbH, Stuttgart, Deutschland,http://www.bosch.de

Dr.-Ing. Ralph-Michael Schmidt Woodward L’Orange GmbH, Stuttgart, Deutschland,http://www.lorange.com

Dipl.-Ing. Hartmut Schneider Woodward L’Orange GmbH, Stuttgart, Deutschland,http://www.lorange.com

Dipl.-Ing. Clemens Senghaas Woodward L’Orange GmbH, Stuttgart, Deutschland,http://www.lorange.com

Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Ulrich Spicher Karlsruher Institut für Technologie (KIT),Karlsruhe, Deutschland, http://www.kit.edu

apl.-Prof. Dr.-Ing. habil. Gunnar Stiesch MAN Energy Solutions SE, Augsburg,Deutschland, http://www.man-es.com

Dipl.-Ing. Kai Suttor Robert Bosch GmbH, Stuttgart, Deutschland,http://www.bosch.de

Dr. techn. Reinhard Tatschl AVL LIST GmbH, Graz, Österreich, http://www.avl.com

Dr.-Ing. Christoph Teetz MTU Friedrichshafen GmbH, Friedrichshafen, Deutschland,http://www.mtu.com

Dr.-Ing. Rüdiger Teichmann AVL LIST GmbH, Graz, Österreich, http://www.avl.com

Dr. techn. Armin Traußnig AVL LIST GmbH, Graz, Österreich, http://www.avl.com

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Helmut Tschöke Otto-von-Guericke-Universität,Magdeburg, Deutschland, http://www.ovgu.de

Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Andreas Wimmer Technische Universität Graz,Graz, Österreich, http://www.tugraz.at

LX Autorenverzeichnis

Dr.-Ing. Thomas Wintrich Daimler AG, Stuttgart, Deutschland, http://www.bosch.de

Dr. techn. Ernst Winklhofer AVL LIST GmbH, Graz, Österreich, http://www.avl.com

Dipl.-Ing. Michael Wohlthan LEC GmbH, Graz, Österreich, http://www.lec.at

Dr. techn. Johann Wurzenberger AVL LIST GmbH, Graz, Österreich,http://www.avl.com