Prüfungsfragenkatalog VKM Vertiefung

Version vom 03.03.07 Seite 1/6

VKM Vertiefung Prüfungsfragenkatalog 1. Ladungswechsel (Variable Saugsysteme, Zündfolge, Krümmer)

1.1. Vorgänge im Saugrohr - zentrale/dezentrale Gemischbildung: Erläutern Sie die Aufgaben eines Saugrohres bei zentraler Gemischbildung. Wo liegen die Vorteile und insbesondere die Probleme der zentralen gegenüber der dezentralen Gemischbildung? (Denken Sie vor allem an die Gemischaufbereitung und -verteilung). Gehen Sie in diesem Zusammenhang (Gemischbildung, Verteilung, Wandfilm, …) auf die Motivationsgründe für die dezentrale Gemischbildung bzw. die Direkteinspritzung ein.

1.2. Geben Sie den Einfluss des Tropfendurchmessers auf die Gemischbildung bei zentralen Gemischbildnern an. Dabei kann Wandfilm entstehen. Was versteht man unter Wandfilm und welche Einflussgrößen gibt es für die Entstehung bzw. Verringerung von Wandfilm?

1.3. Erklären Sie das Prinzip der Schwingrohraufladung (mit Skizze) wie gehen Saugrohrlänge und Saugrohrdurchmesser in die Aufladewirkung der Schwingrohraufladung ein (Gleichung angeben)?

1.4. Erklären Sie das Prinzip, den Aufbau und die Wirkung einer Resonanzsauganlage (mit Skizze). Auf welchem schwingungstechnischen Grundkonzept baut eine Resonanzsauganlage auf (Formel angeben).

1.5. Vergleichen Sie die Resonanz-Sauganlage mit einer Schwingrohr-Sauganlage - wo liegen die jeweiligen Vorteile und Nachteile.

1.6. Was ist ein zwei-/drei-stufiges Saugrohr? Nennen Sie die wesentlichen Vorteile aber auch Nachteile. Werden solche Konzepte auch in Großserie eingesetzt?

1.7. Warum verwendet man stufenlose längenvariable anstatt gestufter Systeme? Erläutern Sie dies an Hand von Luftaufwandsverläufen als Funktion der Drehzahl. Gibt es ausgeführte Serienbeispiele für stufenlose längenvariable Sauganlagen bzw. vollvariable Anlagen?

1.8. Erläutern Sie die grundsätzlichen Druckschwingungsvorgänge im Auspuffsystem bei Verzweigungen und Übergängen von Rohren zu Behältern. Könnten diese Effekte positiv oder negativ für den Ladungswechsel sein? Wie können diese Effekte zur Unterstützung eines effektiven Ladungswechsels genützt werden? – Denken Sie etwa an ein 4-Zylinder-Auspuffsystem und ein 8-Zylinder-Auspuffsystem.

1.9. Welchen Einfluss hat der Auspuffkrümmer auf den Ladungswechsel des Viertakt-Motors? Wie gehen die Zylinderanzahl und die Zylinderanordnung in diese Betrachtungen ein?

1.10. Welche Auslegungskriterien sind für die Abgasanlage eines Viertaktmotors wesentlich? Worauf und wodurch kann man Einfluss nehmen (denken Sie dabei an Kriterien wie Herstellung, Katheizen und Druckwellenreflexionen und -über-lagerungen)? Wie wirken sich dabei die Zylinderanzahl und die Zündfolge aus?

2. Aufladung

2.1. Die Aufladeverfahren sind vielfältig. Geben Sie eine klassische Einteilung anhand einer Übersichtsmatrix der unterschiedlichen Aufladesysteme an. Gehen Sie anschließend auf das Prinzip der mechanischen Aufladung ein. Stellen Sie das Funktionsprinzip (mit Schemabild), das p-V-Diagramm und das T-s-Diagramm für diese Art der Aufladung samt Beschreibung dar.


2.2. Welche wichtigen mechanischen Ladetypen werden heute bei Motorenaufladung eingesetzt? Geben Sie die jeweiligen Vor- und Nachteile dieser Bauarten an und nennen Sie einige Beispiele von Serienlösungen.

2.3. Wo liegen die Vorteile einer mechanischen Aufladung eines Fahrzeugmotors gegenüber dem gängigen Verfahren einer Abgasturboaufladung und wo die spezifischen Nachteile?

2.4. Erklären Sie das Prinzip der Abgasturboaufladung ohne Rückkühlung der Ladeluft (mit Prinzipskizze und p-V- sowie T-s-Diagramm).

2.5. Wie sehen die Kennfelder eines Radialverdichters im Prinzip aus? Was versteht man unter der so genannten Schlucklinie des Verbrennungsmotors und wie verläuft diese im Kennfeld des Verdichters (Schemabild erforderlich)?

2.6. Erklären Sie die Wesen von Stau- und Stoßaufladung in Worten und in einem h-s-Diagramm. Wo liegen die Vorteile der Stauaufladung und wo jene der Stoßaufladung?

2.7. Ladedruckregelung: Welche grundsätzlichen Möglichkeiten zur Ladedruckregelung gibt es? Welche Möglichkeiten werden heute primär verwendet? Was ist in diesem Zusammenhang ein Wastegate?

2.8. Abgasturbolader mit verstellbarer Turbinengeometrie (VTG): Erklären Sie das Funktionsprinzip und die Vorteile sowie Nachteile einer solchen Turbine im Vergleich zu einer konventionellen Auslegung. Werden VTG-Lader heute bereits in der Serie verbaut? Erläutern Sie die Gründe hierfür!

2.9. Erklären Sie grob den Aufbau eines Abgasturboladers und das Prinzip der zusätzlichen Rückkühlung der Ladeluft (mit Schema im p-V- und T-s-Diagramm).

2.10. Warum kühlt man die Ladeluft und welche Vorteile bzw. Bedeutung hat dies am Ottomotor und am Dieselmotor (jeweils getrennt in der Beschreibung anführen).

2.11. Geben Sie typische Bauformen von Ladeluftkühlern an. Welches Medium wird als Kühlmedium verwendet?

2.12. Sonstige Aufladesysteme: Welche Aufladesysteme neben Mechanischer und ATL-Aufladung sind im Fahrzeugbereich noch bekannt? Was ist in diesem Zusammenhang das Miller-Verfahren und kann dieses auch mit der ATL verwendet werden? Was sind die Gründe der geringen Verbreitung dieser Konzepte?

3. Ventiltrieb und Ventilsteuerung

3.1. Erklären Sie die Hauptaufgaben des Ventiltriebes, zeichnen Sie einen starrren Ventiltrieb samt mechanisches Ersatzsystem auf und erläutern Sie die wesentlichen dynamischen Gleichungen (Dynamik und Kräfte d. starren Ventiltriebs in Gleichungsform).

3.2. Was versteht man unter der „Abhebebedingung“ des starren Ventiltriebes bzw. der Sicherheit gegen Abheben? Wie kann man bei der Auslegung ein zu frühes Abheben vermeiden?

3.3. Welche Bauformen von Ventiltrieben gibt es und wie sind diese bezüglich Elastizität und Masse zu bewerten?

3.4. Vergleichen Sie die dynamischen Eigenschaften von Ventiltrieben bei unterschiedlichen Nockenwellen-Einbaupositionen. (oben-, seitlich- und unten- liegende Nockenwelle)

3.5. Welches Ventilsteuerungskonzept hat die größte Steifigkeit und welches die geringste bewegte Masse?

3.6. Wie unterscheidet sich der reale elastische Ventiltrieb vom Grenzfall des starren Ventiltriebes (Skizze Ventilbeschleunigung über den Kurbelwinkel). Worin liegen die Nachteile einer zu großen Elastizität?


3.7. Was versteht man unter desmodronischer Ventilsteuerung oder Ventilzwangssteuerung? Nennen Sie ausgeführte Serienlösungen?

3.8. Wo liegen die Vorteile einer desmodronischen Steuerung gegenüber einer konventionellen Steuerung? Und welche wesentlichen Vorteile haben Schieber-Steuerungen gegenüber den klassischen Tellerventilen als Gassteuerorgane?

3.9. Pneumatische Ventilfedern: Erklären Sie das Prinzip einer pneumatischen Ventilfeder (mit Skizze). Wo liegen die Vorteile gegenüber einer Stahlfeder.

3.10. Welche Größen gehen beim Ventiltrieb dominant auf die mechanischen Verluste ein? Welche konstruktive Lösung wird zunehmend verwendet, um die Verlustleistung deutlich zu reduzieren?

3.11. Warum ist man bereits seit Erfindung des Verbrennungsmotors bemüht, die Ventilsteuerzeiten und Hubformen variabel zu gestalten? Welche wesentlichen Vorteile verspricht man sich dabei insbesondere im Bereich der Leistung? Erläutern Sie dies anhand eines Diagramms.

3.12. Geben Sie eine Übersicht über Möglichkeiten zur variablen Ventilsteuerungsausführung an Hand eines Einteilungsschemas. Welche Verstellparameter gibt es und welche Verstellsysteme sind Ihnen dazu bekannt.

3.13. Geben Sie zwei Bespiele für so genannte Phasensteller anhand einer Skizze an (nur die Grundfunktion darstellen).

3.14. Geben Sie zwei Beispiele für Hubumschaltlösungen anhand einer Skizze an. 3.15. Geben Sie Beispiele für vollvariable Ventilsteuerungssysteme anhand von

geeigneten Skizzen. Denken Sie dabei auch an bereits existierende Serienlösungen. 4. Elektronik und Mechanik für die Motorsteuerung

4.1. Erklären Sie den Signalfluss bei der Verarbeitung von Signalen der Motorsteuerung (mit Skizze). Gehen Sie kurz auf die wesentlichen Stichworte Signalaufbereitung, Signalauswertung und Signalausgabe ein.

4.2. Erklären Sie die Klopfregelung in ihrer Funktion und Wirkung (mit Schemabild). 4.3. Erklären Sie die Lambdaregelung in Ihrer Funktion und Wirkung (mit

Schemabild). 4.4. Erklären Sie die wichtigsten Komponenten der Otto-Direkteinspritzung anhand

einer schematischen Darstellung. 4.5. Erklären Sie die wichtigsten Komponenten eines Common-Rail Einspritzsystems

anhand einer schematischen Darstellung. 4.6. Was versteht man unter einem Piezo-Aktuator und wofür wird er eingesetzt? Was

sind seine Vorteile und welche Nachteile sind zu nennen? 4.7. Welche Ausführungsformen von Einspritzdüsen gibt es? Was versteht man in

diesem Zusammenhang unter Sackvolumen erosive Verrundung? 4.8. Kennen Sie den Begriff OBD und wofür wird dieser verwendet? Welche

Komponenten bei einem Motor fallen darunter wie ist der Verwendungsstand? 5. Aktuelle Entwicklungen bei Otto- und Dieselmotoren

5.1. Nennen Sie die Gründe und Zielmotivationen für die Einführung der Otto-Direkteinspritzung. Gehen Sie dabei auch auf die Begriffe Downsizing und geschichtete Brennverfahren ein.

5.2. Was versteht man unter dem Begriff „Downsizing“. Welche Ziele verfolgt man damit? (Skizze Lastpunktverschiebung). Nennen sie ein typisches Beispiel für einen modernen Motor mit „Downsizing“! Erläutern Sie die wesentlichen Unterschiede zu konventionellen Motoren (auch Vor- und Nachteile).


5.3. Nennen Sie einen modernen Vertreter für die homogene Otto-Direkteinspritzung. Welche Vorteile bzw. Nachteile hat dieses Brennverfahren im Vergleich zu einer konventionellen Saugrohreinspritzung.

5.4. Geschichtete Otto-Direkteinspritzung - strahlgeführt: Erklären Sie das Konzept der geschichteten Gemischbildung. Welche wesentlichen Vorteile erwartet man sich bei diesem Konzept? Welche Hürden gilt es zu überwinden? Stellen Sie die Verbesserung des Wirkungsgrades an Hand von aussagefähigen Skizzen dar (denken Sie an Verdichtungsverhältnis, Luftverhältnis und Ladungswechselverluste.)!

5.5. Welche Kennfeldbereiche im Motorbetrieb können mit dem geschichteten Bereich abgedeckt werden: der gesamte Kennfeldbereich oder Teile davon?

5.6. Nennen Sie einen modernen Vertreter für die geschichtete Otto-Direkteinspritzung. Welche Vorteile bzw. Nachteile hat dieses Brennverfahren im Vergleich zu einer konventionellen Saugrohreinspritzung (vergessen Sie nicht das Thema Abgasemissionen).

5.7. Was versteht man unter dem Begriff HCCI für den Ottomotor? Wofür wird dieses Konzept eingesetzt, was erwartet man sich dadurch primär? Was sind die Ziele und welche Hindernisse gibt es?

5.8. Die Aufladung mit Turbolader wird sowohl bei aktuellen Otto- als auch Dieselmotoren verstärkt eingesetzt. Erklären Sie ausgeführte Maßnahmen (mit Motorbezeichnung) um das Ansprechverhalten des Motors bei Lastwechseln zu verbessern (Lösung: Twin Turbo-BMW, Kombination mit mech. Aufl.-TSI, mehrere TL-BMW 335i, Twin-Scroll TL-BMW Mini, GM Ecotec DI)

5.9. Beschreiben Sie ein ausgeführtes Konzept zur zukünftigen Erfüllung der amerikanischen Abgasnormen bei Dieselmotoren (BlueTec-DC).

6. Emissionen:

6.1. Beschreiben Sie die Entwicklungsrichtung bei der Abgasnachbehandlung bei Ottomotoren. Denken Sie dabei insbesondere an Lambda = 1- und Mager- Konzepte des Motors. Wie verlaufen dabei die klassischen Oxidationsreaktion und die Reduktionsreaktion im Katalysator? Was versteht man dabei unter „Vierwege-Katalysator“?

6.2. Wo liegen beim Ottomotor die Herausforderungen bei weiteren Verschärfungen der Abgasgrenzwerte? Wie kann diesen Herausforderungen mit Weiterentwicklungen der Nachbehandlungssysteme entsprochen werden? Gehen Sie schließlich auf das Konzept der NOx-Reduktion bei Magermotoren ein. Welche Lösungen gibt es? Wie funktionieren diese in einer groben Beschreibung?

6.3. Dieselmotoren - aktuelle und zukünftige Entwicklungen der Abgasnachbehandlungen: wo liegen die besonderen Herausforderungen bei Dieselmotoren? Was sind die Hauptschadstoffe und welche Nachbehandlungssysteme können heute eingesetzt werden. Denken Sie dabei insbesondere an Partikelfilter und Stickoxidnachbehandlungssysteme. Was ist dabei das so genannte CRT-Konzept?

6.4. Partikelemission ist ein Schlagwort in der Öffentlichkeit. Welche Messverfahren gibt es, um die direkten Partikelemissionen eines Verbrennungsmotors zu bestimmen? Gehen Sie sowohl auf die einfachen Systeme als auch die zählenden Verfahren ein (jeweils mit aussagefähiger Skizze).

6.5. In welchem Größenbereich liegen Dieselpartikel? Was hat Einfluss auf ihre Größe? Warum ist die Größe von Bedeutung?

6.6. Wie kann man die Partikelgröße messen? 6.7. Wo liegen beim Ottomotor die Herausforderungen bei weiteren Verschärfungen

der Grenzwerte? Wie kann diesen Herausforderungen mit Weiterentwicklungen der Nachbehandlungssysteme entsprochen werden? Gehen Sie schließlich auf das


Konzept der NOx-Reduktion bei Magermotoren ein. Welche Lösungen gibt es? Wie funktionieren diese in einer groben Beschreibung?

6.8. Dieselmotoren - aktuelle und zukünftige Entwicklungen der Abgasnachbehandlungen: wo liegen die besonderen Herausforderungen bei Dieselmotoren für Abgasnachbehandlungen? Was sind die Hauptschadstoffe, die es gilt zu reduzieren und die dabei heute noch nicht mit ausreichender Technik behandelt werden können. Denken Sie dabei insbesondere an Partikelfilter und Stickoxidnachbehandlungssysteme. Was ist dabei das so genannte CRT-Konzept?

7. Alternative Kraftstoffe und Antriebssysteme Alternative Kraftstoffe

7.1. Geben Sie die elementaren Verbrennungsgleichungen von C, H und S an. Welche Verbrennungsprodukte entstehen bei der vollständigen Verbrennung von 1 Kilogramm Benzin mit 86% C-Anteil und den restlichen 14% als H? Wie viel Masse an Umgebungsluft ist zu dieser Verbrennung erforderlich? Was passiert mit dem N2-Anteil der Luft?

7.2. Welche Motivation gibt es, die bewährten und ausgereiften Kraftstoffe auf fossiler Basis durch Alternativen teilweise oder eventuell voll zu ersetzen? Gehen Sie dabei auf weltweite Entwicklungen und Erwartungen kurz ein.

7.3. Welcher Kraftstoffart wird heute die wahrscheinlichste Zukunftschance gegeben (jeweils unter der Betrachtung kurz-, mittel- und langfristig).

7.4. Erklären Sie die Begriffe Kraftstoffe der ersten und zweiten Generation. Wie ordnen sich bei alternativen Kraftstoffen synthetische Kraftstoffe gegenüber biogenen Kraftstoffen ein? Gibt es hier eine Vernetzung oder sind dies Parallelwege?

7.5. Was versteht man unter alternativen Kraftstoffen der ersten Generation? Nennen Sie einige typische Vertreter für Biokraftstoffe dieser Generation für den Diesel- und Ottomotor. Welche Modifikationen am Motor für den Betrieb mit diesen Kraftstoffen sind erforderlich. Wo liegen die Vorteile bei der Anwendung?

7.6. Erläutern Sie die wesentlichen Vorteile von synthetischen Kraftstoffen wie GTL im Motorbetrieb. Gehen Sie hierbei auf die Eigenschaften der Kraftstoffe und deren Wirkung im Motor kurz ein.

7.7. Welche Anpassungen an Diesel-Brennverfahren sind für biogene Kraftstoffe der ersten Generation (Pflanzenöl sowie FAME/RME) und der zweiten Generation zu treffen, um Schäden am Motor und Problemen im Betrieb vorzubeugen?

7.8. Erläutern Sie den Begriff zweite Generation von Biokraftstoffen. Wo liegen deren Vor- und Nachteile bei der Herstellung und bei der Anwendung im Verbrennungsmotor? Nennen Sie etwaige Synergien bei der Herstellung zwischen synthetischen Kraftstoffen aus Gas (GTL) und den Kraftstoffen der zweiten Generation (BTL)? Werden diese GTL- und BTL-Kraftstoffe aus motorischer Sicht angestrebt oder sind diese möglichst zu vermeiden? Wo liegen deren Potenziale?

7.9. Gasförmige alternative Kraftstoffe: welche gasförmigen Kraftstoffe kommen in Frage? Wo liegen deren Vorteile sowie Nachteile für eine breitere Anwendung? Wie sehen Sie das Zukunftspotenzial für alternative Kraftstoffe im Allgemeinen?

7.10. Geben Sie Ihre Einschätzung der Chancen alternativer Kraftstoffe als Treibstoff der Zukunft im Vergleich zu den fossilen Kraftstoffen.

Alternative Antriebssysteme

7.11. Welche Anforderungen werden an Antriebssysteme für die Zukunft gestellt. In welcher Weise ergänzen Motorkonzepte mit variablem Verdichtungsverhältnis so wie mit variablem Hubraum positiv diese Anforderungen? Erklären Sie Möglichkeiten, um


das Verdichtungsverhältnis zu variieren. Nennen Sie Möglichkeiten, um den Hubraum im Betrieb zu variieren. Geben Sie hierzu die Definition von Verdichtung und Hubraum einer Verbrennungskraftmaschine an.

7.12. Welche Vorteile erwartet man sich von der Hybridisierung eines Antriebsstranges? Treffen Sie eine Unterteilung von Hybridkonzepten (mit etwaigen Beispielen) und geben Sie an, nach welchen Gesichtspunkten unterteilt wurde. Zeigen Sie anhand dieser Unterteilung die Vor- und Nachteile der einzelnen Hybridkonzepte auf. Welche möglichen Betriebsarten (Start/Stopp, Rekuperation etc.) ermöglichen welche Konzepte. Welche Eigenschaften sind allen Hybridkonzepten gemein?

7.13. Unkonventionelle Antriebe/Dampfmotor und Stirling-Motor: Wo liegt der Reiz für die Anwendung eines Dampfmotors und wo liegen die Probleme? Gibt es Beispiele aus der jüngsten Vergangenheit für die Anwendung des Dampfmotors? Im Vergleich dazu ist der Stirling-Motor eine häufig genannte Alternative. Wo liegen seien Stärken, wo seine Schwächen?

Motorische Messtechnik

8.1. Was versteht man unter Druckindizierung, wie ist das Funktionsprinzip und wofür wird diese eingesetzt? Skizzieren Sie die Messkette und das Ergebnis der Messung für den Zylinderdruckverlauf.

8.2. Welche wichtigen Größen können über die Druckindizierung direkt bestimmt bzw. in der Folge rechnerisch ermittelt werden? Gehen Sie auf den indizierten Mitteldruck, den Variationskoeffizienten und den Brennverlauf kurz ein.

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