EUROPA-FACHBUCHREIHE
für Kraftfahrzeugtechnik
FachkundeKraftfahrzeugtechnik
A 31. neubearbeitete Auflage als Ausgabe für Österreich
Bearbeitet von Berufsschullehrern, Ingenieuren und Meistern
Lektorat: R. Gscheidle, Studiendirektor, Winnenden – Stuttgart
Das Unterrichtsmittel „Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik“ ist gemäß § 9 Abs. 1 und 2 der Verordnung zur Eignungserklärung von Unterrichtsmitteln, BGBI. Nr. 248/98, § 14 Abs. 2 und 5 sowie § 15 des Schulunterrichtsgesetzes, BGBI. Nr. 52/2010, und gemäß den derzeit gelten-den Lehrplänen als für den Unterrichtsgebrauch an Berufsschulen für den modularen Lehrberuf Kraffahrzeugtechnik in den Unterrichtsgegenständen des Fachunterrichts und an gewerblichen, technischen und kunstgewerblichen Fachschulen und höheren Lehranstalten, Fachrichtung Fahrzeugtechnik für die 1. – 4. Klasse bwz. III. – IV. Jahrgang approbiert.
Appr.Z.: BMBF-5.012/00012-B/8/2015, 5.012/0012-IT/3/2016
Repräsentanz für Österreich
FS FACHBUCHVerlag und Vertriebs Gesellschaft mbH, Wien
Buch-Nr.: 0125 Fachkunde KFZ ISBN 978-3-7585-2030-3Buch-Nr.: 176 177 Fachkunde KFZ & E-Book ISBN 978-3-7585-2031-0
Autoren der Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik:
Brand, Mona Studiendirektorin München
Fischer, Richard Studiendirektor Polling – München
Gscheidle, Rolf Studiendirektor Winnenden – Stuttgart
Gscheidle, Tobias Dipl.-Gwl., Studiendirektor Filderstadt – Sindelfingen
Heider, Uwe Kfz-Elektriker-Meister, Trainer Audi AG Neckarsulm – Ellhofen
Hohmann, Berthold Oberstudiendirektor Eversberg
Keil, Wolfgang Oberstudiendirektor München
Lohuis, Rainer Dipl.-Ingenieur, Oberstudienrat Hückelhoven – Aachen
Mann, Jochen Dipl.-Gwl., Studiendirektor Schorndorf – Stuttgart
Renz, David M. Sc., Oberstudienrat Gomaringen – Stuttgart
Schlögl, Bernd Dipl.-Gwl., Studiendirektor Rastatt – Gaggenau
Wimmer, Alois Oberstudienrat Berghülen
Leitung des Arbeitskreises und Lektorat:
Rolf Gscheidle, Studiendirektor, Winnenden – Stuttgart
Bearbeiter der Ausgabe für Österreich:
Leherbauer, Johann BEd, Berufsschullehrer OberösterreichOfner, Adolf BEd, Dipl.-Päd. Ing. Berufsschullehrer Steiermark
Bildbearbeitung:
Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Ostfildern
Alle Angaben in diesem Buch erfolgten nach dem Stand der Technik. Alle Prüf-, Mess- oder Instandsetzungs-arbeiten an einem konkreten Fahrzeug müssen nach Herstellervorschriften erfolgen. Der Nachvollzug der be-schriebenen Arbeiten erfolgt auf eigene Gefahr. Haftungsansprüche gegen die Autoren oder den Verlag sind ausgeschlossen.
31. Auflage 2020Druck 5 4 3 2 1Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern unterein-ander unverändert sind.
Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.
© 2020 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenwww.europa-lehrmittel.de
Satz: Satz+Layout Werkstatt Kluth GmbH, 50374 Erftstadt Umschlag: braunwerbeagentur, 42477 Radevormwald Umschlagfotos: Audi AG, Ingolstadt; BMW AG München; © Polina Krasnikova – shutterstock.com; KTM Mattighofen, Austria; Daimler AG, Stuttgart; Dr. Ing. H.C. Porsche AG, Stuttgart; TOYOTA Deutschland GmbH, Köln; Volkswagen AG, Wolfsburg; Magna Steyr Fahrzeugtechnik, GrazDruck: mediaprint solutions GmbH, 33100 Paderborn
VORWORT ZUR 31. AUFLAGE
Die Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik soll den Lehrlingen des Kraftfahrzeugwesens eine Hilfe beim Verstehen von technischen Vorgängen und Systemzusammenhängen sein. Mit diesem Buch kann das nötige theoretische Fach-wissen für die praktischen handwerklichen Fertigkeiten erlernt werden. Die neuesten Normen wurden, soweit erforderlich, eingearbeitet. Verbindlich sind jedoch die gesetzlichen Vorgaben und die in Österreich geltenden Normen.
Dem Facharbeiter, Meister und Techniker des Kraftfahrzeughandwerks sowie dem Studierenden der Fahrzeug-technik soll das Buch als Nachschlagewerk, zur Informationsbeschaffung und zur Ergänzung der fachlichen Kenntnisse dienen. Allen an der Kraftfahrzeugtechnik Interessierten soll das Werk eine Erweiterung des Fachwis-sens durch Selbststudium ermöglichen.
Diese 31. Auflage wurde aktualisiert und durch neueste kraftfahrzeugtechnische Entwicklungen ergänzt:
• Einteilung, Aufbau, Bedienung und Instandhaltung von Kraftfahrzeugen• Motorschmier- und Motorkühlsysteme• Motormanagementsysteme Ottomotor und Dieselmotor, Abgasnachbehandlung• Alternative Antriebskonzepte wie z.B. Brennstoffzellenantrieb, Elektro- und Gasantriebe• Reifendruckkontrollsysteme • Komfort- und Sicherheitssysteme wie z. B. Rückhalte- und Gurt-Pre-Crash- und Post-Crash-Systeme• Scheinwerfersysteme, Sensoren, Elektrische Mess- und Diagnosetechnik• Zweirad- und Nutzfahrzeugtechnik
Dieses Standardwerk der Kraftfahrzeugtechnik ist in 23 Kapitel unterteilt. In dieser Ausgabe für Österreich ist der Lehrstoff entsprechend der modularen Ausbildung in Grundmodul-, Hauptmodul- sowie Spezialmodul-Inhal-te schwerpunktmäßig in Kapiteln zusammengefasst. Technische Zusammenhänge wurden jedoch, wo es das bessere Verständnis erforderte und um Stoffverdoppelungen zu vermeiden, nicht vollständig dieser modularen Gliederung unterworfen. Aus der Fülle des Stoffes wurden Sachgebiete im Umfang und Inhalt so ausgewählt, dass sie den Anforderungen des neuen Lehrplanes mit kompetenzorientiertem Unterricht entsprechen. Die Sei-ten 4 und 5 geben Hinweise, wie die Fachbuchreihe, insbesondere das Fachkundebuch, im kompetenzorientierten Unterricht eingesetzt werden kann. Die Autoren haben Wert auf eine klare und verständliche Darstellung gelegt, die sich durch zahlreiche mehrfarbige Bilder, Skizzen, Systembilder und Tabellen auszeichnet. Dadurch wird das Erfassen und Durchdringen des komplexen Stoffes der gesamten Kraftfahrzeugtechnik erleichtert.
Modulare Ausbildungskombinationen zum Lehrberuf Kraftfahrzeugtechnik
Grundmodul 2 Jahre Grundmodul 2 Jahre Grundmodul 2 Jahre
plus plus plus
Hauptmodul 1,5 Jahre Hauptmodul 1,5 Jahre Hauptmodul 1,5 Jahre
plus ein weiteres plus
Hauptmodul 0,5 Jahre Spezialmodul 0,5 Jahre
Lehrzeit 3,5 Jahre Lehrzeit 4 Jahre Lehrzeit 4 Jahre
Hauptmodule: Personenkraftwagen-, Nutzfahrzeug-, Motorradtechnik
Spezialmodule: Systemelektronik, Hochvoltantriebe
Die Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik bildet mit den auf Seite 5 dargestellten Büchern der Fachbuchreihe des Verlages eine Einheit.
Als separat erhältliche Software bietet SimKfz EFA mit Simulationen, Animationen und Drag&Drop-Zuordnungs-aufgaben vielfältigen digitalen Mehrwert. In den Bildern dieser Fachkunde sind die interaktiven Inhalte durch das SimKfz EFA-Symbol SimKfz
EFA gekennzeichnet. Zusätzlich sind in SimKfz EFA ausgewählte Bilder und Tabellen aus dem Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik enthalten. Diese Software mit Animationen und die auf Seite 5 angeführten Werke sind unter www.fs-fachbuch.at zu beziehen.
Das in enger Zusammenarbeit mit Handwerk, Gewerbe und Industrie entstandene Werk wurde von einem Team pädagogisch erfahrener Berufsschullehrer, Ingenieuren und Meistern erstellt.
Die Autoren und der Verlag sind für Anregungen und kritische Hinweise dankbar.
Wir danken allen Firmen und Organisationen für ihre umfangreiche Unterstützung mit Bildern und technischen Unterlagen.
Die Autoren des Arbeitskreises Kraftfahrzeugtechnik Frühjahr 2020
3
Hinweise zur Verwendung der Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik bei der Ausbildung zur
Kraftfahrzeugtechnikerin bzw. zum Kraftfahrzeugtechniker.
Die Verfasser haben die Inhalte des Fachkundebuches unter sachlogischen Gesichtspunkten strukturiert. Dabei wurden alle Inhalte des aktuellen Rahmenlehrplanes und der Ausbildungsordnung entsprechend dem Berufsbild für Kraftfahrzeugtechnik abgedeckt.
Vom Autorenkreis wurde eine Sammlung von Aufgaben- und Problemstellungen in Form von Lernfeldern in drei Arbeitsbüchern zusammengefasst. Mit diesen drei Arbeitsbüchern können im Sinne des kompetenzorientierten Unterrichtes Lernsituationen gezielt erkannt und bearbeitet werden.
Nachfolgende Übersicht zeigt die schwerpunktmäßige Zuordnung der einzelnen Kapitel des Fachkundebuches zu den Aufgaben- und Problemstellungen (Kompetenzen bzw. Lernfeldern).
Im Fachunterricht werden vier Kompetenzbereiche unterschieden:
• Service, Wartung und Inspektion • Diagnose • Reparatur • Um- und Nachrüstung
Kompetenzen/Lernfelder (Kompetenzbereiche)
Kapitel im Fachkundebuch
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
1 Fahrzeuge und Systeme nach Vorgaben warten und inspizieren (Service, Wartung und Inspektion)
v v v v v v v
2 Einfache Baugruppen und Systeme prüfen, demontieren, austauschen und montieren (Diagnose, Reparatur)
v v v v v v v v v
3 Funktionsstörungen identifizieren und beseitigen (Diagnose, Reparatur)
v v
4 Umrüstarbeiten nach Kundenwünschen durchführen (Um- und Nachrüstung)
v v v
5 Inspektionen und Zusatzarbeiten durchführen (Service, Wartung und Inspektion)
v v v
6 Funktionsstörungen an Bordnetz-, Ladestrom- und Startsystemen diagnostizieren und beheben (Diagnose, Reparatur)
v v v v
7 Verschleißbehaftete Baugruppen und Systeme instand setzen (Reparatur)
v v
8 Mechatronische Systeme des An-triebsmanagements diagnostizieren (Diagnose)
v v v v v
9 Serviceaufgaben an Komfort- und Sicherheitssystemen durchführen (Service, Wartung und Inspektion)
v
10 Schäden an Fahrwerks- und Bremssystemen instand setzen (Reparatur)
v
11 Vernetzte Antriebs-, Komfort- und Sicherheitssysteme diagnostizieren und instand setzen (Diagnose, Reparatur)
v v
12 Fahrzeuge für Sicherheitsprüfungen und Abnahmen vorbereiten (Service, Wartung und Inspektion)
v
13 Antriebskomponenten reparieren (Reparatur)
v
14 Systeme und Komponenten aus-, um- und nachrüsten (Um- und Nachrüstung)
v v v v v v
Schwerpunkt Karosserietechnik v v v
Schwerpunkt Motorradtechnik v v
Schwerpunkt Nutzfahrzeugtechnik v
4
Fachbuchreihe Kraftfahrzeugtechnik des Verlags Europa-Lehrmittel
berufstypische Probleme erfassen, bearbeiten, auswerten und lösen
Prüfungsvorbereitung:Wissen sichern, Gelerntes wiederholen
Wissen vertiefen
Informationen beschaffen
5
5.5 Trennen durch Zerteilen . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.6 Fügen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.7 Beschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.8 Sonderfertigungs verfahren . . . . . . . . . . . . 161
6 Werkstofftechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.1 Werkstoffeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.2 Einteilung der Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . 166
6.3 Aufbau der metallischen Werkstoffe . . . . 167
6.4 Eisenwerkstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.5 Nichteisenmetalle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.6 Kunststoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
6.7 Verbundwerkstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
7 Aufbau und Wirkungsweise des Viertaktmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.1 Einteilung der Ver brennungsmotoren . . . 186
7.2 Ottomotor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.3 Dieselmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.4 Merkmale von Viertakt- Motoren
(Saugmotoren). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
7.5 Arbeitsdiagramm (p-V-Diagramm) . . . . . . 193
7.6 Steuerdiagramm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
7.7 Zylindernummerierung, Zündfolgen . . . . 195
7.8 Motorkennlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
7.9 Hubverhältnis, Hubraum leistung,
Leistungsgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
8 Motormechanik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.1 Kurbelgehäuse, Zylinder, Zylinderkopf. . . 199
8.2 Kurbeltrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8.3 Schwungrad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
8.4 Zweimassen schwungrad . . . . . . . . . . . . . . 225
8.5 Motorschmiersysteme . . . . . . . . . . . . . . . . 227
8.6 Motorkühlsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
8.7 Motorsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
8.8 Füllungsoptimierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
INHALT
1 Kraftfahrzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1 Entwicklung des Kraftfahrzeugs . . . . . . . . . 11
1.2 Einteilung der Straßenfahrzeuge. . . . . . . . . 12
1.3 Aufbau eines Kraft fahrzeugs . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Technisches System Kraftfahrzeug . . . . . . 14
1.5 Bedien- und Anzeige komponenten. . . . . . . 16
1.6 Instandhaltung von Kraftfahrzeugen . . . . . 18
1.7 Überprüfung und Begutachtung. . . . . . . . . 21
1.8 Filter, Aufbau und Wartung. . . . . . . . . . . . . . 24
1.9 Fahrzeugpflege . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.10 Betriebsstoffe, Hilfsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 32
2 Autohaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.1 Umweltschutz im Kfz-Betrieb. . . . . . . . . . . . 48
2.2 Arbeitnehmerschutz und Unfallverhütung 54
2.3 Betriebsorganisation, Kommunikation . . . 57
3 Steuerungs- und Regelungstechnik. . 78
3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.2 Aufbau und Funktions einheiten von
Steuer einrichtungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3 Steuerungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4 Prüftechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.1 Grundbegriffe der Längenprüftechnik. . . . 95
4.2 Messgeräte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.3 Lehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.4 Toleranzen und Passungen. . . . . . . . . . . . . 103
4.5 Anreißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5 Fertigungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.1 Einteilung der Fertigungsverfahren . . . . . 107
5.2 Urformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.3 Umformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.4 Trennen durch Spanen . . . . . . . . . . . . . . . . 121
88
9 Motormanagement Ottomotor . . . . . 264
9.1 Grundlagen der Gemischbildung . . . . . . . 264
9.2 Grundlagen der Benzineinspritzung. . . . . 266
9.3 Aufbau und Funktion der elektronischen
Benzineinspritzung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
9.4 Kraftstoffversorgungsanlagen bei Ottomotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
9.5 Saugrohreinspritzung am Beispiel einer ME- Motronic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
9.6 Benzin-Direkteinspritzung . . . . . . . . . . . . . . 286
9.7 Duale Einspritzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
9.8 Zündanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
10 Schadstoffminderung. . . . . . . . . . . . . . . 312
10.1 Abgasanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
10.2 Schadstoffminderung beim Ottomotor. . 316
11 Motormanagement Dieselmotor. . . . 330
11.1 Gemischbildung bei Dieselmotoren. . . . . 330
11.2 Maßnahmen zur Verbesserung der Gemischbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
11.3 Einspritzanlagen für Pkw-Dieselmotoren 336
11.4 Schadstoffminderung bei Dieselmotoren 352
12 Otto-Zweitaktmotor, Kreiskol-benmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
12.1 Zweitaktmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
12.2 Wankelmotor, Kreiskolbenmotor (KKM) . 365
13 Alternative Antriebskonzepte. . . . . . . 367
13.1 Alternative Energieträger . . . . . . . . . . . . . . 367
13.2 Teil- und Voll elektrische Antriebe . . . . . . . 368
13.3 Funktionen von Teil- und Vollelekt-rischen Antrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
13.4 Teilelektrische Antriebe. . . . . . . . . . . . . . . . 371
13.5 Vollelektrische Antriebe. . . . . . . . . . . . . . . . 379
13.6 Antriebe mit Brennstoffzellen . . . . . . . . . . 382
13.7 Energiespeicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
13.8 Leistungselektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
13.9 Ladesteckertypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
13.10 Ladebetriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
13.11 Elektrische Antriebsmotoren . . . . . . . . . . . 395
13.12 Ar beiten an Hochvolt-Fahrzeugen. . . . . . . 400
13.13 Sicherheitslinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
13.14 Wartungsstecker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
13.15 Hochvolt-Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
13.16 Isolationsfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
13.17 Fehler Potenzial ausgleich . . . . . . . . . . . . . . 405
13.18 Arbeiten unter Spannung . . . . . . . . . . . . . . 406
13.19 Erdgasantrieb. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
13.20 Flüssiggasantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
13.21 Sicheres Arbeiten an Fahrzeugen mit Gas antrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
13.22 Prüfungen an Gas anlagen . . . . . . . . . . . . . 414
14 Antriebsstrang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
14.1 Antriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
14.2 Kupplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
14.3 Wechselgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
14.4 Handgeschaltete Wechselgetriebe . . . . . . 426
14.5 Automatische Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . 431
14.6 Automatische Kupplungssysteme mit Doppelkupplungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
14.7 Gestuftes Automatik-Getriebe mit hydrodynamischem Drehmoment-wandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
14.8 Gelenkwellen, Antriebswellen, Gelenke . 458
14.9 Achsgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
14.10 Ausgleichsgetriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
14.11 Ausgleichssperren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
14.12 Allradantrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
15 Fahrwerk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
15.1 Fahrdynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
15.2 Grundlagen der Lenkung . . . . . . . . . . . . . . 477
15.3 Lenkgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
15.4 Hilfskraftlenksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
15.5 Radstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
15.6 Fahrwerksvermessung . . . . . . . . . . . . . . . . 490
15.7 Radaufhängungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
15.8 Wälzlager und Dichtungen . . . . . . . . . . . . . 500
15.9 Federung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
15.10 Active Body Control (ABC) . . . . . . . . . . . . . 515
15.11 Räder und Reifen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
15.12 Bremsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
INHALTSVERZEICHNIS 9
16 Fahrzeugaufbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
16.1 Fahrzeugaufbau/Karosserie . . . . . . . . . . . . 563
16.2 Korrosionsschutz an Kraftfahrzeugen . . . 578
16.3 Fahrzeuglackierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579
17 Komfort- und Sicherheitssysteme . . 583
17.1 Fahrzeugsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
17.2 Fahrerassistenzsysteme . . . . . . . . . . . . . . . 595
17.3 Infotainmentsysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . 607
17.4 Komfortsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
17.5 Belüftung, Heizung, Klimatisierung . . . . . 617
17.6 Diebstahlschutzsysteme . . . . . . . . . . . . . . . 627
18 Elektrotechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635
18.1 Grundlagen der Elektrotechnik . . . . . . . . . 635
18.2 Anwendungen der Elektrotechnik. . . . . . . 667
19 Elektrische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . 682
19.1 Beleuchtung im Kfz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682
19.2 Spannungsversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . 694
19.3 Bordnetzmanagement. . . . . . . . . . . . . . . . . 712
19.4 Elektrische Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714
19.5 Sensoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 721
20 Informationstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . 731
20.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731
20.2 Datenübertragungs systeme im
Fahrzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
20.3 Hochfrequenztechnik. . . . . . . . . . . . . . . . . . 749
21 Elektrische Mess- und Diagnosetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756
21.1 Elektrische Messtechnik . . . . . . . . . . . . . . . 756
21.2 Diagnose. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 759
22 Zweiradtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764
22.1 Kraftradarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764
22.2 Kraftradmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 768
22.3 Gemischbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 768
22.4 Abgasanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770
22.5 Motorkühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770
22.6 Motorschmierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770
22.7 Kupplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771
22.8 Antriebsstrang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772
22.9 Elektrische Anlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774
22.10 Fahrdynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777
22.11 Motorradrahmen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 778
22.12 Radführung, Federung und Dämpfung . . 779
22.13 Bremsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 781
22.14 Räder, Reifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783
23 Nutzfahrzeugtechnik . . . . . . . . . . . . . . . 786
23.1 Einteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 786
23.2 Abmessungen von Nfz . . . . . . . . . . . . . . . . 787
23.3 Zulässige Massen von Nfz . . . . . . . . . . . . . 787
23.4 Beladungsvorschriften . . . . . . . . . . . . . . . . 787
23.5 NKW-Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 788
23.6 Einspritzanlagen für Nkw-Dieselmotoren 789
23.7 Antriebsstrang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 798
23.8 Fahrwerk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802
23.9 Startanlagen für Nutzfahrzeuge . . . . . . . . 819
24 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823
10 INHALTSVERZEICHNIS
1.1 ENTWICKLUNG DES KRAFT-FAHRZEUGS
1860 Der Franzose Lenoir baut den ersten mit Leuchtgas betriebenen Verbrennungsmotor. Wirkungsgrad etwa 3 %.
1867 Otto und Langen zeigen auf der Pariser Welt-ausstellung einen verbesserten Verbren-nungsmotor. Wirkungsgrad etwa 9 %.
Marcus Wagen, 1870Zweitakt-Benzin-Verpuffungsmotormit Vergaser (keine Vorkompression)elektromagnetische HochspannungszündungAntrieb durch Schwungräder des Motors.
Bild 1: Marcus-Wagen
1870 Der Österreicher Marcus baut einen einfachen Kraftwagen mit Zweitaktmotor (Bild 1).
1873 Christian Reitmann, geb. Österreicher, entwi-ckelte erstmals einen Viertakt-Gasmotor.
1876 Erster Gasmotor in Viertakt-Arbeitsweise von Otto und erster Gas-Zweitaktmotor des Eng-länders Clerk.
1883 Daimler und Maybach entwickeln den ersten schnelllaufenden Viertakt-Benzinmotor mit Glührohrzündung.
1885 Erstes Automobil von Benz (1886 patentiert). Erstes motorgetriebenes Zweirad von Daim-
ler.
1886 Erste Vierradkutsche mit Benzinmotor von Daimler (Bild 2).
1887 Bosch erfindet die Abreißzündung.
1889 Der Engländer Dunlop stellt erstmals pneuma-
tische Reifen her.
1893 Maybach erfindet den Spritzdüsenvergaser.Diesel patentiert das Arbeitsverfahren für Schwerölmotoren mit Selbstzündung.
1897 MAN stellt den ersten betriebsfähigen Diesel-motor her.
1897 Erstes Elektromobil v. Lohner-Porsche (Bild 2).
Daimler Motorwagen, 18861 Zylinder, Bohrung 70 mmHub 120 mm, 0,46 ä0,8 kW bei 600 min–1, 18 km/h
Elektromobil, 1897System Lohner-Porsche Transmissionsloser Antriebmit Radnaben-Elektromotor
Bild 2: Daimler Motorwagen und erstes Elektromobil
Ford T-Modell, 1908, 2,9 l,
15,7 kW bei 1600 min–1, 70 km/h
VW-Käfer, 1938, 985 cm3,
17,3 kW bei 3000 min–1, 100 km/h
Bild 3: Ford T-Modell und VW-Käfer
1913 Einführung der Fließbandfertigung des T-Mo-
dells (Tin-Lizzy, Bild 3) durch Ford.
1916 Bayerische Motorenwerke gegründet.
1923 Erste Lastkraftwagen mit Dieselmotoren von Benz-MAN (Bild 4).
1936 Daimler-Benz baut serienmäßig Pkw mit Die-
selmotoren.
1938 Gründung des VW-Werkes in Wolfsburg.
1949 Erster Niederquerschnittsreifen und erster Stahlgürtelreifen von Michelin.
1954 Wankel baut den Kreiskolbenmotor (Bild 4).
Benz-MAN Lastwagen, 5 K 31. Diesel-LKW, 1923
NSU-Spider mit Wankelmotor,1963, 500 cm3, 37 kW bei6000 min–1, 153 km/h
Bild 4: Lkw mit Dieselmotor, Pkw mit Wankelmotor
1966 Elektronisch gesteuerte Benzineinspritzung
(D-Jetronic) von Bosch eingeführt.
1970 Sicherheitsgurte für Fahrer und Beifahrer.
1978 Das Anti-Blockiersystem (ABS) für Bremsen wird erstmalig von Mercedes-Benz eingebaut.
1984 Einführung von Airbag und Gurtstraffer.
1985 Einführung von geregelten Katalysatoren
(Lamdasonde) für bleifreies Benzin.
1997 Elektronische Fahrwerk-Regelsysteme (ESP). Toyota baut ersten Pkw mit Hybridantrieb. Alfa Romeo führt das Common-Rail Direct In-
jection (CDI)-System bei Dieselmotoren ein.
2000 Einführung von Fahrerassistenzsystemen wie z. B. Abstandsregelassistenten.
2008 Einführung von Elektrofahrzeugen in Großserie.
2014 Einführung von Brennstoffzellenfahrzeugen
in Großserie bei Toyota.
2015 Einsatz von Fahrzeugen für Autonomes Fah-
ren im Straßenverkehr.
1 KRAFTFAHRZEUG
11 11
1.2 EINTEILUNG DER STRASSENFAHRZEUGE
• Gelenk-Deichselanhänger
• Starr-Deichselanhänger
Krafträder
z.B.:
• Motorräder
• Motorroller
• Fahrräder mit
Hilfsmotor
• E-Bike und
Pedelec
Personenkraft-
wagen
z.B.:
• Coupé
• Kombi
• Cabriolet
• Limousine
• Sportwagen
Nutzkraftwagen
z.B.:
• Kleintransporter
• Kleinbus
• Lastkraftwagen
• Omnibus
• Sattelzug-
maschine
Sonder- und
Kommunalfahrzeuge
z.B.:
• Abfallsammel-
fahrzeuge
• Einsatzfahrzeuge
• Straßen-
reinigungs-
fahrzeuge
Selbstfahrende
Arbeitsmaschinen
z.B.:
• Abschleppwagen
• Erntemaschinen
• Autokran
• Straßenwalze
• Schneepflug
Einspurige
Kraftfahrzeuge
Mehrspurige
Kraftfahrzeuge
Straßenfahrzeuge
Anhängefahrzeuge z.B.
Bild 1: Übersicht Straßenfahrzeuge
Straßenfahrzeuge sind alle Fahrzeuge, die zum Be-trieb auf der Straße vorgesehen sind, ohne an Gleise gebunden zu sein.
Kraftfahrzeuge besitzen immer einen maschinellen An-trieb und können in ein- und mehrspurige Kraftfahrzeu-ge eingeteilt werden (Bild 1).
■ Einspurige Kraftfahrzeuge
Krafträder sind einspurige Kraftfahrzeuge, deren Rä-der hintereinander angeordnet sind. Sie können einen Beiwagen mitführen. Die Eigenschaft als einspuriges Kraftrad bleibt erhalten, da die hinteren Räder nicht mit einer Achse verbunden sind. Auch das Ziehen ei-nes Anhängers ist möglich. Zu den Krafträdern zäh-len:
• Motorräder. Sie zeichnen sich durch ein niedriges Leistungsgewicht aus und verfügen über bis zu zwei Sitzplätze.
• Motorroller. Sie verfügen über einen freien Durch-stieg zwischen Lenker und Sattel. Die Füße stehen auf einem Bodenblech und sind durch eine Verklei-dung vor Schmutz geschützt.
• Fahrräder mit Hilfsmotor. Sie haben Merkmale von Fahrrädern, z. B. Tretkurbeln, fehlende Signalanlage (Mofa, E-Bike, Pedelec).
■ Mehrspurige Kraftfahrzeuge
• Personenkraftwagen (Pkw). Sie sind hauptsächlich zum Transport von Personen, deren Gepäck oder von Gütern bestimmt. Sie können auch Anhänger ziehen. Die Zahl der Sitzplätze ist einschließlich Fah-rer auf neun beschränkt.
• Nutzkraftwagen (Nkw). Sie sind zum Transport von Personen, Gütern und zum Ziehen von Anhängefahr-zeugen bestimmt.
• Sonder- und Kommunalfahrzeuge. Sie sind hoch-spezialisierte Fahrzeuge, gebaut für einen bestimm-ten Einsatzzweck, z. B. Einsatzfahrzeuge für Polizei und Feuerwehr.
• Selbstfahrende Arbeitsmaschinen. Sie besitzen fest mit dem Fahrzeug verbundene Einrichtungen zur Verrichtung von Arbeiten, z. B. Fahrzeuge für den Straßenbau oder Erntemaschinen.
■ Anhängefahrzeuge
Sie verfügen über keinen eigenen Antrieb und dienen zum Transport von Gütern. Sie sind mit einer Deichsel über die Anhängekupplung mit einem Zugfahrzeug verbunden.
1.3 AUFBAU EINES KRAFT-FAHRZEUGS
Ein Kraftfahrzeug besteht aus mehreren Baugrup-pen, deren Teilsystemen und einzelnen Bauteilen. Sie wirken funktional zusammen und bilden eine Einheit.
Baugruppen. Die Festlegung der Baugruppen und die Zu-ordnung von Baugruppen zueinander sind nicht eindeutig festgelegt. So kann z. B. das Getriebe als eigene Baugrup-pe gelten oder als Unterbaugruppe dem Antriebsstrang zugeordnet werden. Eine mögliche Zuordnung der Haupt-baugruppen ist im Bild 1, Seite 13, dargestellt.
Folgende sechs Hauptbaugruppen werden unterschie-den: Antriebseinheit, Antriebsstrang, Komfort- und Sicherheitssysteme, Fahrzeugaufbau, Fahrwerk und elektrische Anlage.
1
12 1 KRAFTFAHRZEUG
Teilsysteme. Sie sind Systeme die aus einzelnen Bau-teilen bestehen und den Funktionsablauf der Baugrup-pen unterstützen.
Folgende Teilsysteme können den Baugruppen zuge-ordnet werden:
Antriebseinheit
Verbrennungsmotor. Er stellt die Antriebsenergie für die Bewegung des Kraftfahrzeugs bereit. Teilsys-teme des Verbrennungsmotors sind z. B.: Motorschmierung, -küh-lung, -steuerung und -elektrik, Ab-gasanlage.
Elektroantrieb. Er wird bei Hybrid-fahrzeugen zur Antriebsunterstüt-zung und bei Elektrofahrzeugen als Hauptantrieb eingesetzt. Teilsyste-me des Elektroantriebs sind z. B.: E-Maschine, Hochvoltbatterie und Leistungselektronik.
Antriebsstrang. Er dient zur Über-tragung der Antriebsenergie auf die Antriebsräder. Teilsysteme des Antriebsstrangs sind z. B.: Kupp-lung, Getriebe, Achsgetriebe sowie Gelenk- und Antriebswellen.
Fahrzeug-aufbau
Komfort- undSicherheitssysteme
FahrwerkElektrischeAnlagen
AntriebsstrangAntriebseinheit
Bild 1: Mögliche Zuordnung der Hauptbaugruppen am Beispiel eines Hybrid-Kraftfahrzeugs.
SimKfz
EFA
Komfort- und Sicherheitssysteme. Sie dienen zur Unterstützung und zum Schutz des Fahrzeugführers. Teilsysteme davon sind z. B.: Assis-tenzsysteme, Klimaanlage, Info-tainment und Rückhaltesysteme (z. B. Airbag und Gurtstraffer).
Fahrwerk. Es ist verantwortlich für die Fahrdynamik, den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit eines Kraft-fahrzeugs. Teilsysteme eines Fahr-werks sind z. B.: Lenkung, Radauf-hängung, Federung, Bremsen und Räder.
Fahrzeugaufbau. Er bildet das Grundgerüst des Fahrzeugs und übernimmt die Tragfunktion aller Baugruppen. Außerdem dient er dem Schutz der Fahrzeuginsassen vor Umwelteinflüssen und Unfäl-len.
Elektrische Anlagen. Sie dienen z. B. der Bereitstellung der elektri-schen Energie sowie der Steuerung und Regelung. Teilsysteme sind z. B.: Datenübertragungssysteme, Generator und Beleuchtungsan-lage.
1 KRAFTFAHRZEUG 13
1
1.4 TECHNISCHES SYSTEM KRAFTFAHRZEUG
Jede Maschine bildet ein technisches Gesamtsystem.
Für jedes Teil- und Gesamtsystem gilt das EVA-
Prinzip:
• Eingabe (Eingangsgrößen, Input) von außerhalb der Systemgrenze.
• Verarbeitung innerhalb der Systemgrenze.• Ausgabe (Ausgangsgröße, Output), die über die
Systemgrenze an die Umgebung geht.
Grafisch wird ein technisches System durch ein Recht-eck dargestellt. Die Eingangs- und Ausgangsgrößen werden als Pfeile gekennzeichnet. Die Anzahl der Pfei-le hängt von der Anzahl der jeweiligen Eingangs- bzw. Ausgangsgrößen ab.
Das Rechteck bildet die Systemgrenze, welches ein technisches System nach außen hin abgrenzt (Bild 1
und 2). Je enger die Systemgrenzen gezogen werden, desto kleiner werden die Teilsysteme. Diese bestehen aus einzelnen Bauteilen.
EingabeE
VerarbeitungV
AusgabeA
Verbrennungsmotor
Systemgrenze
Kraftstoff
Bewegungs-energie
Abgas
Wärme
Luft
Bild 1: Teilsystem Verbrennungsmotor
■ Teilsystem
Eingabe. Auf der Eingangsseite eines Verbrennungs-motors wird dieser mit Luft und Kraftstoff versorgt.
Verarbeitung. Im Verbrennungsmotor wird das Luft- Kraftstoffgemisch verbrannt.
Ausgabe. Auf der Ausgangsseite werden Bewegungs-energie als nutzbare Energie, sowie Wärme und Abgas als Verlustenergie abgegeben.
Das Teilsystem Verbrennungsmotor ist über weitere Teilsysteme wie z. B. Kupplung, Getriebe, Achsgetrie-be, Antriebswellen mit den Antriebsrädern verbunden.
Damit ein Kraftfahrzeug seine Hauptfunktionen erfül-len kann, müssen alle Teilsysteme funktional zusam-menwirken. Nur so ist eine vollständige und korrekte Funktionsweise gewährleistet.
■ Gesamtsystem
Alle Teilsysteme zusammen bilden das Gesamtsystem Kraftfahrzeug. Das EVA-Prinzip lässt sich auch auf Ge-samtsysteme anwenden (Bild 2).
Elektrofahrzeug
Systemgrenze
Bewegungs-energie
Wärme
ElektrischeEnergie
Bild 2: Gesamtsystem Kraftfahrzeug
Werden die Systemgrenzen um das Kraftfahrzeug ge-legt, so wird es in der Systembetrachtung gegen die Umwelt wie Luft und Fahrbahn abgegrenzt.
Bei einem Elektrofahrzeug überschreitet Eingangssei-tig z. B. nur elektrische Energie die Systemgrenze und ausgangsseitig die Bewegungs- sowie Wärmeenergie (Bild 2).
■ Einteilung technischer Systeme nach der
Verar beitung
Technische Systeme werden nach Art der Verarbeitung innerhalb ihrer Systemgrenze unterschieden (Bild 3):
• Stoffumsetzende Systeme, z. B. Schmier- und Kühl-system eines Verbrennungsmotors.
• Energieumsetzende Systeme, z. B. Verbrennungs- und Elektromotor.
• Informationsumsetzende Systeme, z. B. Datenüber-tragungssysteme und Steuergeräte.
Informations-umsetzung
Energie-umsetzung
Stoff-umsetzung
Bild 3: Systeme unterteilt nach Art der Verarbeitung
■ Stoffumsetzende Systeme
Bei stoffumsetzenden Systemen werden Stoffe so verändert, dass sie eine Form erhalten (Formände-rung) oder sie werden von einem Ort zum anderen transportiert (Lageänderung).
1
14 1 KRAFTFAHRZEUG
3 STEUERUNGS- UND REGELUNGSTECHNIK
3.1 GRUNDLAGEN
Steuerungs- und Regelungssysteme sorgen für das Zusammenwirken von Teilsystemen innerhalb eines Gesamtsystems. Außerdem sorgen sie für das Wirken der Systeme nach außen. Im Kraftfahrzeug laufen stän-dig eine Vielzahl von solchen Steuerungs- und Rege-lungsvorgängen ab.
Beispiele für Steuerungsvorgänge
• Gaswechselsteuerung durch Öffnen und Schließen von Ventilen durch einen Nocken.
• Lenken eines Fahrzeugs durch Einschlagen der Räder.
Beispiele für Regelungsvorgänge
• Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses auf einen bestimmten Wert z. B. auf λ = 1
• Fahrgeschwindigkeitsregelung (Tempomat)• Bremskraftregelung durch Antiblockiersystem (ABS)• Kühlmitteltemperaturregelung durch Thermostat
3.1.1 STEUERN
Das Steuern (oder: die Steuerung) ist der Vorgang in einem System, bei dem eine oder mehrere Ein-gangsgrößen systembedingt die Ausgangsgrößen beeinflussen. Die Steuerung kontrolliert nicht, ob der Istwert der Ausgangsgröße mit dem Sollwert der Eingangsgröße übereinstimmt.
Kennzeichnend für das Steuern ist der offene Wir
kungsablauf längs einer Steuerkette.
Steuerstrecke
Störgröße
MassestromEnergiefluss
Stellglied
Ausgangsgröße
Steuerglied
Steuereinrichtung
Stellort Stellgröße
Eingangsgröße
Bild 1: Steuerkette
Steuerkette (Bild 1). Sie wird gebildet von den Bauglie-dern der Steuerung, die in Kettenstruktur, von Bauglied zu Bauglied, aufeinander wirken. Die Steuerkette wird unterteilt in Steuereinrichtung und Steuerstrecke.
Beispiel für Fahrgeschwindigkeitssteuerung1) (Bild 2).
Ein Pkw mit Ottomotor soll mit gleichbleibender Ge-schwindigkeit von 80 km/h gefahren werden.
Gemischbildungseinrichtung
Drosselklappe
Fahrpedal
Fahrgeschwindigkeit: 80 km/h
Bild 2: Fahrgeschwindigkeitssteuerung
■ Steuerungsgrößen (Bild 3)
Die Geschwindigkeit 80 km/h stellt die Aufgabengrö
ße dar. Um sie unter gegebenen Fahrzuständen zu erreichen, muss dem Motor eine bestimmte Gemisch-menge zugeführt werden. Der Fahrer bringt dazu das Fahrpedal in eine entsprechende Stellung. Der Pedal-
AufgabengrößeFahrgeschwindigkeit
Störgrößen (z)SteigungWind
Steuergröße (x)
Stellort
Führungsgröße (w)Fahrpedalweg
Stellgröße (y)Drosselklappenöffnung
Bild 3: Physikalische Größen bei der Fahrgeschwindig-keitssteuerung
1) Der Mensch als möglicher Regler ist bei Betrachtung dieser Steuerungssysteme nicht mit einbezogen.
7878
weg ist somit die Führungsgröße (w) (Eingangsgröße). Durch das Fahrpedal wird die Drosselklappe im Sau-grohr in eine bestimmte Stellung gebracht. Die Dros-selklappenöffnung ist die Stellgröße (y) für die benö-tigte Gemischmenge.
Steuereinrichtung (Bild 1). Zu ihr gehören Steuerglied und Stellglied. Dies sind die Bauglieder, die unmittel-bar für die aufgabengemäße Beeinflussung der Steu-erstrecke erforderlich sind.
Steuereinrichtung
Ausgangsgröße fürFahrgeschwindigkeit= Steuergröße (x) (Gemischmenge)
SteuergliedFahrpedal
SteuerstreckeGemischbildungs-
einrichtung
StellgliedDrosselklappe
Bild 1: Steuerkette der Fahrgeschwindigkeitssteuerung
Steuerglied ist das Fahrpedal. Stellglied ist die Dros-selklappe. Die Führungsgröße w (Pedalweg) ist die Eingangsgröße der Steuereinrichtung. Die Stellgrö
ße y (Drosselklappenöffnung) ist die Ausgangsgröße der Steuereinrichtung und zugleich Eingangsgröße der Steuerstrecke.
Steuerstrecke. Sie umfasst den Teil der Anlage, der be-einflusst werden muss, um die erforderliche Aufgaben-größe, Fahrgeschwindigkeit, zu erreichen. Die Steuer-strecke ist also die Gemischbildungseinrichtung, da sie die erforderliche Gemischmenge für die gewünschte Geschwindigkeit liefert. Die Ausgangsgröße der Steu-erstrecke wird als Steuergröße x bezeichnet.
Die Geschwindigkeit 80 km/h wird jedoch nur solan-ge eingehalten, wie keine Störungen auf das System einwirken. Kommt der Pkw z. B. an eine Steigung, so vermindert sich die Geschwindigkeit. Die Steigung stellt steuerungstechnisch eine Störgröße z dar. Sie kann von der Steuerung nicht berücksichtigt werden, da die veränderte Aufgabengröße Geschwindigkeit nicht selbsttätig auf die Führungsgröße (Pedalweg) bzw. Drosselklappenöffnung zurückwirkt. Die Steue-rung hat also einen offenen Wirkungsablauf. Fällt die Störgröße wieder weg, stellt sich die vorgesehene Ge-schwindigkeit wieder ein.
Um die Einwirkung der Störgröße (Steigung) zu kor-rigieren, muss der Fahrer der Steuereinrichtung eine geänderte Führungsgröße (Pedalweg) eingeben. Da-durch wird über das Steuerglied und Stellglied (Fahrpe-dal und Drosselklappe) in der Steuerstrecke (Gemisch-bildungseinrichtung) eine andere Ausgangsgröße
(Gemischmenge) bewirkt. Die Aufgabengröße (Ge-schwindigkeit = 80 km/h) kann wiederherstellt werden.
3.1.2 REGELN
Das Regeln ist ein Vorgang in einem System, bei dem die Regelgröße als Istwert fortlaufend erfasst und mit dem Sollwert verglichen wird. Bei Abwei-chungen vom Ist- zum Sollwert wird in einem Regler der Istwert selbsttätig an den Sollwert angeglichen.
Kennzeichnend für das Regeln ist der geschlosse
ne Wirkungsablauf (Regelkreis).
Regelkreis (Bild 2). Er wird von den Baugliedern gebil-det, die am geschlossenen Wirkungsablauf der Rege-lung teilnehmen. Der Regelkreis besteht aus Regelein
richtung und Regelstrecke.
MassestromEnergiefluss
Regel-größe
Regelstrecke
Stör-größe
Istwert
StellgrößeStellort
ReglerSollwert-Istwert-
Vergleicher
Regel-einrichtung
Führungsgröße (Sollwert)
Stellglied
Bild 2: Regelkreis
Beispiel Fahrgeschwindigkeitsregelung
Ein Pkw mit Ottomotor soll mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit von 80 km/h (Bild 3) gefahren werden. Er ist dazu mit einer Fahrgeschwindigkeitsregelung (Tempomat) ausgerüstet.
Gemischbildungs-einrichtung
Drosselklappemit Stellmotor
Fahrgeschwindigkeit: 80 km/h
Regler Eingabeteil (Tempomat)
Drehzahlgeber
Bild 3: Fahrgeschwindigkeitsregelung
3 STEUERUNGS- UND REGELUNGSTEchNIK 79
3
13ALTERNATIVE ANTRIEBSKONZEPTE
Alternative Antriebskonzepte haben das Ziel, den Verbrauch an fossilen Energieträgern zu verringern sowie Schadstoff- und Geräuschemissionen zu mi-nimieren.
Als alternative Antriebskonzepte werden Antriebe be-zeichnet, welche …
• in herkömmlichen Verbrennungsmotoren den Be-trieb von alternativen Kraftstoffen, z. B. Biodiesel/Rapsölmethylester (RME), ermöglichen oder
• alternative Antriebsarten, z. B. Brennstoffzellenan-triebe, vorsehen.
13.1 ALTERNATIVE ENERGIETRÄGER
Sie werden sowohl aus erschöpflichen und/oder er-neuerbaren Energien hergestellt (Bild 1).
Neben den aus erschöpflichen Energien hergestellten Kraftstoffen Benzin und Diesel können die folgenden al-ternativen Kraftstoffe bzw. Energien verwendet werden:
• Erdgas• Wasserstoff• Elektrische Energie• Treibstoffe aus Biomasse
Erdgas kann außerdem zur Erzeugung von syntheti-schen Kraftstoffen dienen (Gas to Liquid/GtL). Diese Kraftstoffe verfügen über einen reduzierten Anteil an Schwefel und Aromaten.
Zwischen-produkteund Um-wandlungs-verfahren
Erschöpfliche Energien Erneuerbare Energien
Sonne, Wind, Wasser BiomasseKernbrennstoffe
ElektrizitätGasto
LiquidGtL
Konvertierungmit CO2
Methanisierungmit CO2
ErdgasErdöl, Kohle
Kategorie
Ressourcen
Kraftstoffe Benzin Diesel Erdgas Wasserstoff Batteriestrom Pflanzenöl RME Ethanol
Wasser-stoff-
elektro-lyse
Wasser-stoff
Bio-mass
toLiquid
BtL
Elektrizität
Bild 1: Energien für den Antrieb von Fahrzeugen
Die Erzeugung von elektrischer Energie kann durch …
• Kernbrennstoffe,• Sonne, Wind oder Wasser sowie• Erdöl, Kohle oder Erdgas erfolgen.
Elektrische Energie kann auf zwei Arten verwendet werden:
• Sie wird im Fahrzeug mithilfe von Batterien bzw. Ak-kumulatoren gespeichert und für den Elektroantrieb verwendet.
• Sie dient im Rahmen der Wasserstoffelektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoff. Der Wasserstoff kann im Fahrzeug gespeichert werden. Er wird mithilfe ei-ner Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewan-delt und für den Elektroantrieb genutzt.
Der durch die Elektrolyse erzeugte Wasserstoff kann für die Herstellung von synthetischen Kraftstoffen ver-wendet werden.
• Synthetisches Erdgas (CNG) entsteht durch die Me-thanisierung von Wasserstoff und Kohlendioxid aus der Umwelt.
• Synthetischer Diesel- und Benzinkraftstoff entsteht durch Konvertierung bzw. Chemische Synthese von Wasserstoff und Kohlendioxid aus der Umwelt.
Als Biomasse bezeichnet man Holz, Stroh, pflanzliche Abfälle und ähnliche natürliche Stoffe. Sie kann für die Herstellung von Pflanzenöl, RME/Biodiesel (Raps-ölmethylester) sowie Bioethanol verwendet werden. Die Erzeugung von Kraftstoffen aus Biomasse (BtL/Biomass to Liquid bzw. BCO/Bio Crude Oil) ist ebenso möglich.
367
13.2 TEIL- UND VOLL-ELEKTRISCHE ANTRIEBE
Sowohl vollelektrische als auch teilelektrische Antriebe nutzen elektrische Energie für den Fahrzeugantrieb mit dem Ziel, den Kraftstoffverbrauch und den CO2-Aus-stoß zu verringern.
Vollelektrischer Antrieb. Der Antrieb erfolgt aus-schließlich durch Elektromotoren.
Teilelektrischer Antrieb (Hybridantrieb). Er ist eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor und ei-nem oder mehreren Elektromotoren.
Die Übersicht (Bild 1) unterscheidet die folgenden Sys-teme:
• Micro-Hybrid (ohne elektrischen Antrieb) • Mild-Hybrid• Full-Hybrid• Plug-in-Hybrid • Extended Range Electric Vehicle (EREV)• Battery Electric Vehicle (BEV)
Die Systeme unterscheiden sich anhand der folgenden Funktionen:
• Regeneratives Bremsen• Start-Stopp• Drehmomentunterstützung• Elektrisches Fahren
Micro-Hybrid. Die Energieeinsparung erfolgt durch die Start-Stopp-Funktion sowie durch Rekuperation bzw. Bremsenergierückgewinnung (Umwandlung von
Teilelektrische AntriebeOhne elektri-
schen Antrieb
RegenerativesBremsen
RegenerativesBremsen
RegenerativesBremsen
RegenerativesBremsen
RegenerativesBremsen
Start-Stopp Start-Stopp Start-Stopp Start-Stopp
Drehmoment-unterstützung
Drehmoment-unterstützung
Drehmoment-unterstützung
RegenerativesBremsen
ElektrischesFahren
ElektrischesFahren
ElektrischesFahren
ElektrischesFahren
Vollelektrischer
Antrieb
Micro-Hybrid Mild-Hybrid Full-Hybrid Plug-in-HybridEREV
(Extended RangeElectric Vehicle)
BEV(Battery
Electric Vehicle)
Bild 1: Teil- und Voll elektrische Antriebe
Bewegungsenergie in elektrische Energie). Die elektri-sche Energie wird in der Bordnetzbatterie gespeichert und entlastet somit den Generator und damit den Verbrennungsmotor. Der Micro-Hybrid benötigt keine Hochvolt-Batterie.
Mild-Hybrid. Er besitzt eine kleine Elektro-Maschine, die den Verbrennungsmotor in bestimmten Fahrsitu-ationen unterstützt. Die Leistung der Elektro-Maschine sowie die Batteriekapazität reichen für rein elektrisches Fahren nicht aus.
Full-Hybrid. Er ermöglicht das Fahren ausschließlich mit Benzin- oder Elektromotor oder ggf. auch die Kom-bination beider Antriebsquellen.
Plug-In-Hybrid. Er verfügt über eine Batterie, die zu-sätzlich über das Stromnetz geladen werden kann. Die Batterie des Plug-In-Hybrid verfügt über eine größere Kapazität als die Batterie eines Full-Hybrid-Fahrzeu-ges.
Extended Range Electric Vehicle (EREV). Unter ihnen versteht man Elektrofahrzeuge, die über einen zusätz-lichen Verbrennungsmotor verfügen. Der Motor dient ausschließlich der Erzeugung elektrischer Energie, falls die Kapazität der Batterie nicht ausreicht. Damit kann die Reichweite des Fahrzeugs verlängert werden.
Battery Electric Vehicle (BEV). Diese Fahrzeuge ver-fügen über keinen Verbrennungsmotor und werden ausschließlich rein elektrisch betrieben. Die Reichwei-te des Fahrzeugs hängt neben der Fahrweise auch von der Kapazität der Batterie ab.
13
368 13 ALTERNATIVE ANTRIEBSKONZEPTE
22 ZWEIRADTECHNIK
22.1 KRAFTRADARTEN
Krafträder sind einspurige Fahrzeuge mit zwei Rä-dern. Man darf mit ihnen auch Anhänger ziehen. Sie können Beiwagen mitführen, wobei die Eigenschaft als Kraftrad erhalten bleibt. Krafträder müssen mit Sturzhelm gefahren werden.
Man unterscheidet:
• Fahrräder mit Hilfsmotor, z. B. Pedelec
• Kleinkrafträder, z. B. Roller, S-Pedelec, Elektroscooter
• Leichtkrafträder
• Krafträder, z. B. Motorroller
• Motorräder, Motorräder mit Beiwagen
22.1.1 FAHRRÄDER MIT HILFSMOTOR
Es sind ein- oder zweispurige Fahrzeuge deren Mo-torhubraum 50 cm3 nicht überschreiten darf und deren maximale Fahrgeschwindigkeit auf 25 km/h begrenzt ist.
Sie können sowohl durch einen Motor als auch mit Tretkurbeln angetrieben werden. Gemäß Kraftfahrge-setz und Straßenverkehrsordnung gelten sie nicht als Kraftfahrzeuge, sondern als Fahrräder.
Motoren. Es werden vorwiegend gedrosselte 1-Zylin-der-2T-Hubkolbenmotoren mit Leistungen von 0,5 kW bis 3,7 kW, bei Drehzahlen von bis zu 6000 1/min ein-gesetzt.
■ Pedelec
Es wird auch E-Bike oder Elektrofahrrad genannt und ist ein Fahrrad mit Elektromotor, der bis 25 km/h mit nicht mehr als 600 W unterstützt. Es besteht zum Füh-ren kein Mindestalter, keine Helm- und Führerschein-pflicht.
22.1.2 KLEINKRAFTRÄDER (§ 2 KFG, KLASSE L1e) (BILD 1, 2 UND BILD 3)
Es sind einspurige Fahrzeuge deren Motorhubraum auf 50 cm3 begrenzt ist. Die maximale Fahrgeschwin-digkeit von 45 km/h darf nicht überschritten werden.
Der Antrieb erfolgt durch 2- oder 4-Taktmotoren, die luft- oder wassergekühlt sind. Sie erzeugen eine Leis-tung von ca. 1,5 kW … 3,3 kW bis 4,7 Nm Drehmoment, bei Drehzahlen bis 8500 1/min. Zum Fahren wird benö-tigt: Betriebserlaubnis, Führerschein Klasse AM (ab 15 Jahre), Helm und Versicherungskennzeichen.
Bild 1: Kleinkraftroller Bild 2: Kleinkraftrad
■ Enduro Kleinkraftrad (Bild 2)
Diese Zweiradvariante hat die gleichen Motorvarianten wie die Roller. Das 5- oder 6-Gang-Getriebe ist manuell über Fußrasten zu schalten.
■ S-Pedelec (Pedal Electric Cycle)
Es gilt als Kleinkraftrad, wenn die Nennleistung max. 4 kW beträgt und der Elektromotor bis zu einer max. Geschwindigkeit von 45 km/h unterstützt. Zum Fahren wird benötigt: Führerschein Klasse AM oder Klasse B, Betriebserlaubnis und Versicherungskennzeichen.
■ Elektro-Scooter (Bild 3)
Es ist ein Roller mit Elektroantrieb, der eine max. Ge-schwindigkeit bis 45 km/h erreichen darf.
Aufbau. Die Batterie mit 48-V-Spannung besitzt eine Kapazität von bis zu 3,7 kWh. Sie versorgt den im Hin-terrad angebrachten Elektro-Nabenmotor, der bis zu 1,8 kW leistet. Ein Controller regelt, angesteuert vom Drehgriff, die Drehzahl des Motors. Die Reichweite be-trägt mit einem Akku ca. 50 km. Die Ladezeit beträgt ca. 2–3 Stunden. Ein Anzeigeinstrument informiert über Fahrgeschwindigkeit, gefahrene Wegstrecke und Ladezustand.
Bild 3: Elekto-Scooter mit 1,8 kW Leistung
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22.1.3 LEICHTKRAFTRÄDER (KLASSE L3e-A1)
Es sind ein- oder zweispurige Fahrzeuge mit zwei oder drei Rädern. Diese Motorräder oder Motorrol-ler dürfen maximal 125 cm3 und eine maximale Leis-tung von 11 kW besitzen.
Der Antrieb erfolgt meist mit 1-Zylinder-4-Taktmoto-ren, die mit Luft oder Wasser gekühlt werden. Weiter können sie mit ABS oder einer Kombibremse (CBS) ausgestattet sein. Die Kraftübertragung erfolgt i.d.R. über Kette mit einem manuell zu schaltenden 5- oder 6-Gang-Getriebe. Diese Fahrzeuge sind betriebserlaub-nis-, zulassungs- und haftpflichtversicherungspflichtig. Sie müssen ein amtliches Kennzeichen haben und sind deshalb nach KFG § 57a überprüfungspflichtig. Zum Fahren ist die Fahrerlaubnis der Klasse A1 notwendig. Diese kann ab dem 16. Lebensjahr erworben werden. Sie werden in allen Zweiradvarianten, z. B. als Cruiser, Tourer, Enduro, Supermoto oder als Sportmotorräder (Bild 1) angeboten.
Bild 1: Leichtkraftrad, Sportmotorrad, 125 cm3, 9,8 kW
22.1.4 MOTORROLLER
Es sind 1- oder 2-spurige Fahrzeuge mit zwei oder drei Rädern. Sie werden als Motorroller oder Motor-dreiräder (Bild 2) mit Motorhubraum > 50 cm3 und einer Fahrgeschwindigkeit > 45 km/h angeboten.
Bei Motorrollern ist das Triebwerk verkleidet und es be-findet sich im hinteren Teil des Fahrzeugs oder in dem als Triebsatzschwinge (Bild 3) ausgeführten Motor- und Getriebegehäuse. Sie werden je nach Verkleidung und Ausführung als City-, Fun-, Sport-, Klassik-, Allround- oder Komfortroller angeboten.
Bild 2: Kraftroller, 350 cm3, 25 kW, 7500 1/min
Motoren. Es werden vorwiegend 1-Zylinder-2- oder 4-Taktmotoren verwendet.
Motordaten:
Hubraum Leistung Drehzahl
bis 125 cm3 bis 10,6 kW 9200 1/min
bis 745 cm3 bis 41 kW 7000 1/min
Antriebsstrang. Die Kraftübertragung erfolgt meist über eine kompakte Triebsatzschwinge auf die Hinter-räder. Sie besteht aus:
• Motor • Variator• Kupplung • Hinterradgetriebe
Triebsatzschwinge (Bild 3). Sie ist meist als zweiteili-ges Motor- und Antriebsgehäuse ausgeführt und ist im Rahmen schwenkbar gelagert. Sie dient gleichzeitig als Schwinge zur Führung des Hinterrades und Auf-nahme des Feder-Dämpferelements. Die Kurbelwelle ist mit dem treibenden Riemenscheibenpaar (Variator) verbunden.
Schwenk-lager
Keilriemen
Variator
Motor
BefestigungFederelement
Getriebe
Bild 3: Triebsatzschwinge
SimKfz
EFA
Variator (Bild 4). Er besteht aus einem treibenden und getriebenen Riemenscheibenpaar, das seinen Durch-messer variieren kann (stufenlose Übersetzung).
Wirkungsweise. Beim Anfahren hat das Antriebsschei-benpaar wegen der innen anliegenden Gleitrollen im Variator einen kleineren wirksamen Scheibendurch-messer. Das hintere Scheibenpaar hat einen großen Durchmesser (große Übersetzung ins Langsame). Steigt die Antriebsdrehzahl, werden die Gleitrollen durch die Fliehkraft im Variator nach außen gedrückt und der wirk-same Durchmesser vergrößert sich. Die Übersetzung verringert sich und die Abtriebsdrehzahl steigt.
Anfahrkupplung. Sie sitzt auf der Abtriebswelle und ist als Fliehkraftreibungskupplung ausgeführt.
Zahnradgetriebe. Es befindet sich auf der Abtriebswel-le und übersetzt ins Langsame.
AntriebAbtrieb
großerDurch-messer
Fliehkraft-kupplung
kleinerDurch-messer
Zahnrad-Getriebe
KeilriemenGleit-rollen
Variator
RadAnfahren
Bild 4: Übersetzungen beim Anfahrvorgang
22 ZWEiRADTECHNiK 765
22
23NUTZFAHRZEUGTECHNIK
23.1 EINTEILUNG
Nutzfahrzeuge lassen sich nach ihrem Verwendungs-zweck einteilen:
Kleintransporter (Bild 2). Mit geschlossenem Kasten oder Pritsche mit Einfach- bzw. Doppelkabine dienen sowohl zum Personen- als auch zum Gütertransport.
Bild 2: Kleintransporter
Vielzwecklastkraftwagen (Bild 3). Mit ihm können Gü-ter auf einem offenen Aufbau, z. B. Pritsche, oder ge-schlossenem Aufbau, z. B. Kasten, transportiert werden.
Bild 3: Vielzwecklastkraftwagen
Spezialkraftwagen (Bild 4). Diese Fahrzeuge haben ei-nen besonderen Aufbau. Weiter können auch spezielle Einrichtungen oder Ausrüstungen vorhanden sein, die vom Einsatzzweck bestimmt werden, z. B. Tank oder Silowagen, Müllfahrzeuge.
Bild 4: Speziallastkraftwagen
Kraftomnibus (Bild 5). Je nach Ausführung kann er als Reisebus, Linien- oder Spezialbus verwendet werden.
Bild 5: Reisebus
Zugmaschinen (Bild 6). Sattelzugmaschinen sind mit Sattelkupplungen zur Aufnahme eines Sattelanhän-gers ausgerüstet. Beide zusammen bilden das Sattel-kraftfahrzeug. Zugmaschinen werden nur zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen verwendet.
Bild 6: Zugmaschinen
Kleintransporter
zum Personen- und Gütertransport
Zugmaschine
zum Ziehen von Anhängefahrzeugen
Kraftomnibus
zur Personenbeförderung
Lastkraftwagen
zum Gütertransport
Nutzkraftwagen (Nkw)
sind zum Transport von Personen, Gütern und zum Ziehen von Anhängefahrzeugen bestimmt
Bild 1: Einteilung der Nutzkraftwagen
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23.2 ABMESSUNGEN VON NFZ
Die wichtigsten Abmessungen wie z. B. Breite, Höhe und Länge eines Nfz sind in Österreich gesetzlich durch die KDV, die der EU-Richtlinie 96/53/EG entspricht, fest-gelegt (Bild 1).
Abmessungen, die nicht direkt durch Gesetze festge-legt werden, sind z. B. Radstand, Rahmenhöhe und -länge, Überhanglänge und Bodenfreiheit.
Höhe und Breite. Die maximal zulässige Breite von Nfz beträgt innerhalb der EU 2,55 m, außerhalb der EU 2,50 m. Die maximale Höhe von Nfz ist in Europa (ohne England) auf 4 m beschränkt.
12m 2,55m
4m
18,75m
EUROPA
Bild 1: Max. Höhe, Breite und Länge
Länge. Einzelfahrzeuge dürfen eine maximale Länge von 12 m haben. Die maximal zulässige Gesamtlänge für Gliederzüge beträgt 18,75 m, für Sattelzüge 16,50 m.
23.3 ZULÄSSIGE MASSEN VON NFZ
Zulässige Achslast. Sie bezeichnet die Gesamtlast ei-ner Achse oder Achsgruppe, die nicht überschritten werden darf.
Die zulässigen Achslasten eines Nfz bestimmen sein zulässiges Gesamtgewicht bzw. die Gesamtmasse und somit die maximal mögliche Zuladung.
Zulässige Gesamtmasse ist die Masse eines Fahrzeugs oder einer Fahrzeugkombination, die nicht überschrit-ten werden darf. Es setzt sich zusammen aus der Sum-me von Leergewicht und maximaler Zuladung des Fahrzeugs (Bild 2).
Mindestmotorleistung. Um bei maximaler Zuladung ein ausreichendes Beschleunigungsvermögen zu ge-währleisten, schreibt der Gesetzgeber eine Mindest-motorleistung vor.
Gemäß § 1b KDV muss die Motorleistung von Om-nibussen, Lkw, Sattel- und Gliederzügen mehr als 5 kW (6,0 PS) pro Tonne der zulässigen Gesamtmas-se betragen.
Einachsanhänger
Anhänger mit 2 Achsen
Anhänger mit 3 Achsen
Motorwagen mit 2 Achsen
Motorwagen mit 4 odermehr Achsen
Sattelzug mit 5 oder 6 Achsen, Sattelzugmaschinemit mindestens 3 Achsen
mit 40-Fuß-ISO-Containerim kombinierten Verkehr
Gliederzug mit 5 oder 6 Achsen
10 t + zus. Stütz-last Anhänger-
kupplung
18 t
24 t
18 t
25 t
26 t
32 t
40 t
44 t
40 t
Motorwagen mit 3 Achsen
wenn Antriebsachse mitDoppelbereifung und Luft-federung bzw. als gleich-wertig anerkannte Feder-ung ausgerüstet ist
Bild 2: Zulässige Gesamtmassen in der EU
23.4 BELADUNGSVORSCHRIFTEN
Nach § 101 KFG ist die Ladung ausreichend zu si-chern. Bei einer Vollbremsung oder einem plötzli-chen Ausweichmanöver darf sie weder verrutschen noch umfallen.
Dabei sind die anerkannten Regeln der Ladungssi-cherung zu beachten.
Nach § 101(1a) KFG ist der Fahrzeugführer dafür verant-wortlich, dass der Lastzug und die Ladung vorschrifts-mäßig sind. Die Verkehrssicherheit des Fahrzeugs darf durch die Ladung nicht beeinträchtigt werden.
Über die vordere Fahrzeugbegrenzung darf generell keine Ladung hinausragen. Nach hinten darf sie bis zu 1,5 m hinausragen. Bei einer Wegstrecke von weniger als 100 km, darf die Ladung bis zu 3 m hinausragen. Es muss generell eine rote Kennzeichnung (Fahne oder Schild 30 cm × 30 cm) angebracht sein.
Daraus leiten sich folgende Pflichten des Fahrzeugfüh-rers ab:
• Er muss vor Fahrtantritt den verkehrssicheren Zu-stand seines Fahrzeugs kontrollieren.
• Er muss den verkehrssicheren Zustand der Ladung kontrollieren bzw. herstellen.
• Er darf bei einem Mangel die Fahrt nicht antreten, wenn dieser die Verkehrssicherheit beeinträchtigt.
23 NUTZFAHRZEUGTEcHNiK 787
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23.5 NKW-MOTOREN
Bild 1: Motor für schwere Nutzfahrzeuge
Anforderungen an moderne Nutzfahrzeugmotoren sind:
• geringer Verbrauch• geringer Schadstoffausstoß• hohe Lebensdauer• gleichbleibend hohes Drehmoment über dem nutz-
baren Drehzahlbereich• große Wartungsintervalle• wartungsfreundlicher Aufbau.
in Nutzkraftwagen kommen heute wegen des besse-ren Wirkungsgrades und dem daraus resultierenden geringeren spezifischen Verbrauch, fast ausschließlich aufgeladene Dieselmotoren zum Einsatz.
in Tabelle 1 sind beispielhaft Kenngrößen von Pkw- und Nkw-Motoren gegenübergestellt.
Tabelle 1: Vergleich von Pkw- und Nkw-Motoren
Otto-Motor Turbo-Diesel-Motor
Pkw Nkw
Mind. Laufleistung
200 000 km 250 000 km 1,5 Mio.
Volllastanteil 5–10 % 5–10 % ~30 %
Literleistung 25–100 KW 25–100 KW 10–45 KW
Nenndrehzahl 5000–7500 1/min
3500–5500 1/min
1700–3500 1/min
Motor- Bremsleistung
10–15 % 10–20 % 60–100 %
Hubraum 1–6 l 1–6 l 3–14 l
Ladedruck … 1,5 bar … 2 bar … 2,8 bar
Leistungs-gewicht
1,3–5 kg/KW
1,8–5 kg/KW
2,5–8 kg/KW
Wirkungsgrad bis ~35 % bis ~45 % bis ~45 %
Verbrauch 3 … 20 l/100km
3 … 15 l/100km
25 … 40 l/100 km
Während bei den Kleintransportern modifizierte Pkw-Dieselmotoren bis 3-l-Hubraum als Antrieb die-nen, werden bei mittelschweren und schweren Nutz-fahrzeugen je nach zulässigem Gesamtgewicht und Einsatz des Fahrzeugs, Motoren bis 14-l-Hubraum ver-wendet.
Dies führt dazu, dass Nutzkraftwagen ein Höchst-drehmoment von 1500 Nm bis 3000 Nm abgeben kön-nen. Das Motordrehmoment bleibt über ein breites Drehzahlband nahezu konstant hoch.
Häufig haben die Motoren 6 bzw. 8 Zylinder und sind als Reihen- bzw. V-Motoren ausgeführt.
Moderne Nutzkraftwagen-Dieselmotoren arbeiten sehr verbrauchsgünstig mit Volllastwerten des spezifischen Kraftstoffverbrauchs unter 200 g/kWh. Lastzüge und Sattelkraftfahrzeuge kommen damit bei 40 t Gesamt-gewicht auf mittlere Kraftstoff-Streckenverbräuche von etwa 25 l/100 km … 40 l/ 100km bei Laufleistungen von weit über 1 000 000 km ohne größere instandsetzung.
Motorkennlinen. Bild 2 zeigt die Motorkennlinien eines 6-Zylinder-Reihenmotors mit common-Rail-Einsprit-zung und Abgasturboaufladung mit zwei Einlass- und zwei Auslassventilen je Zylinder.
Leistung
250
210
190
170
150
130
110
90
70600 900 2400min–11200 1500 1800
250KW
213KW
184KW
KW
Drehzahl
Bild 2: Leistungskennlinie von Lkw-Motoren
Je nach Anforderung, wie z. B. Einsatz bei Kurz-, Mit-tel-, Langstrecke oder Schwerlastverkehr, gibt es ver-schiedene Motorversionen, wobei die Komponenten der Motormechanik (Rumpfmotor) meist unverändert bleiben.
Die Leistungs- und Drehmomentabstufung erfolgt durch eine Veränderung an folgenden Systemen:
• Gemischaufbereitung• Ladersystem• Motorsteuergerät (Kennfeld)• Abgasnachbehandlungssystem.
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