Table Of ContentATZ/MTZ-Fachbuch
Richard van Basshuysen
Fred Schäfer Hrsg.
Handbuch
Verbrennungs-
motor
Grundlagen · Komponenten ·
Systeme · Perspektiven
8. Auflage
ATZ/MTZ-Fachbuch
Die komplexe Technik heutiger Kraftfahrzeuge und Antriebsstränge macht einen immer größer
werdenden Fundus an Informationen notwendig, um die Funktion und die Arbeitsweise von Kom-
ponenten oder Systemen zu verstehen. Den raschen und sicheren Zugriff auf diese Informationen
bietet die Reihe ATZ/MTZ-Fachbuch, welche die zum Verständnis erforderlichen Grundlagen,
Daten und Erklärungen anschaulich, systematisch, anwendungsorientiert und aktuell zusam-
menstellt.
Die Reihe wendet sich an Ingenieure der Kraftfahrzeugentwicklung und Antriebstechnik sowie
Studierende, die Nachschlagebedarf haben und im Zusammenhang Fragestellungen ihres Arbeits-
feldes verstehen müssen und an Professoren und Dozenten an Universitäten und Hochschulen mit
Schwerpunkt Fahrzeug- und Antriebstechnik. Sie liefert gleichzeitig das theoretische Rüstzeug für
das Verständnis wie auch die Anwendungen, wie sie für Gutachter, Forscher und Entwicklungs-
ingenieure in der Automobil- und Zulieferindustrie sowie bei Dienstleistern benötigt werden.
Richard van Basshuysen
Fred Schäfer
(Hrsg.)
Handbuch
Verbrennungsmotor
Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven
8. überarbeitete Auflage
Herausgeber
RichardvanBasshuysen FredSchäfer
BadWimpfen,Deutschland Hamm,Deutschland
ATZ/MTZ-Fachbuch
ISBN978-3-658-10901-1 ISBN978-3-658-10902-8(eBook)
DOI10.1007/978-3-658-10902-8
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V
Vorwort zur 8. Auflage
Das „Handbuch Verbrennungsmotor“ hat sich im Laufe der Jahre zum international aner-
kannten Standardwerk unseres Fachgebietes entwickelt. Die Komplexität, die heute einen
modernen Verbrennungsmotor ausmacht, ist sicherlich einer der Gründe dafür, dass ein Ein-
zelner nicht mehr in der Lage ist, alle wichtigen Zusammenhänge in ihrer Tiefe umfassend
darzustellen. Vielleicht ist das auch mit ein Grund dafür, dass es bisher weltweit überraschen-
derweise keine Gesamtdarstellung zu diesem Thema gibt. Eine Vielzahl von Fachbüchern
beschäftigt sich zwar mit Teilaspekten des Verbrennungsmotors; es fehlte jedoch ein Werk,
das alle bedeutenden Aspekte von Diesel- und Ottomotoren berücksichtigt.
Die über 100-jährige Entwicklung des Verbrennungsmotors hat bezüglich der unter-
schiedlichen Anforderungen, der großen Anzahl von Bauelementen und deren Zu-
sammenwirken eine explosionsartige Vielfalt an wichtigen Erkenntnissen und Detail-
wissen hervorgebracht. Mit einem aktualisierten und erweiterten Umfang auf über
1350 Seiten, 1841 Abbildungen und mehr als 1500 Literaturangaben sind die wesentlichen
Inhalte der Technik des Verbrennungsmotors dargestellt.
Es war das besondere Bestreben der Herausgeber, Akzente an der richtigen Stelle zu setzen
und damit ein Werk zu präsentieren, das Defizite in der Fachliteratur beseitigt. Von besonde-
rer Bedeutung ist, dass diese Überarbeitung und Erweiterung in kürzester Zeit entstand und
somit den aktuellen, hohen Stand der heutigen technischen Entwicklung widerspiegelt und
einen Blick in die Zukunft erlaubt.
Besonders wichtig war es den Herausgebern, Theorie und Praxis in einem ausgewogenen Ver-
hältnis darzustellen. Das gelang vor allem dadurch, dass über 140 Autoren aus Wissenschaft
und Industrie zur Mitarbeit gewonnen werden konnten. Mit ihrer Hilfe entstand ein Werk,
das in Lehre, Forschung und Praxis gleichermaßen ein einmaliger Helfer und Ratgeber bei
der täglichen Arbeit ist.
Es richtet sich vor allem an in Wissenschaft und Praxis tätige Fachleute der Automobil-,
Motoren-, Mineralöl-, und Zubehörindustrie und an Studenten, es ein hilfreicher Begleiter
durch das Studium sein soll. Darüber hinaus soll es Patentanwälten, dem Kraftfahrzeugge-
werbe, Regierungsstellen, Umweltorganisationen, Journalisten sowie interessierten Laien ein
nützlicher Ratgeber sein.
Die Frage nach der Zukunft des Verbrennungsmotors spiegelt sich in vielen neuen Ansätzen
zur Lösung der Probleme beispielsweise im Zusammenhang mit Kraftstoffverbrauch und
Umweltverträglichkeit. Insbesondere unter diesen Aspekten, im Vergleich zu den Alternati-
ven, fällt die Prognose nicht schwer, dass uns der Hubkolbenmotor für den mobilen Einsatz
in seinen grundlegenden Elementen noch lange erhalten bleiben wird. Neue Antriebssysteme
haben das Problem, gegen eine über 100-jährige Entwicklung mit weltweit enormen Entwick-
lungskapazitäten konkurrieren zu müssen. Das gilt sicherlich auch für den Elektroantrieb für
Kraftfahrzeuge entgegen der zur Zeit von politischer Seite entfachten Euphorie.
VI Vorwort zur 8. Auflage
Neben der Darstellung des aktuellen Standes der Motorenentwicklung ist die Beantwortung
der Fragen wichtig: Wohin entwickelt sich der Verbrennungsmotor? Wie ist sein Potenzial
im Hinblick auf Kraftstoffverbrauch, Kostenoptimierung und Umweltverträglichkeit nach
über hundert Jahren Entwicklungszeit zu bewerten? Welche Möglichkeiten bieten alternative
Kraftstoffe und alternative Antriebssysteme in der Zukunft? Sind Range Extender und hybride
Antriebe nur Brückenfunktionen hin zum reinen Elektroantrieb? Gibt es Wettbewerbssys-
teme, die ihn in den nächsten Jahrzehnten ablösen könnten? Auf diese Fragen wurden nach
dem heutigen Kenntnisstand schlüssige Antworten gegeben.
Wenn auch der Schwerpunkt des Buches beim Pkw-Motor liegt, betreffen grundsätzliche
Zusammenhänge auch Nutzfahrzeugmotoren. Neu ist auch, dass die in vielen Bereichen un-
terschiedlichen Aspekte des Ottomotors im Vergleich zum Dieselmotor in diesem Buch he-
rausgearbeitet werden. Sind in einigen Jahren überhaupt noch grundsätzliche Unterschiede
zwischen Diesel- und Ottomotoren vorhanden? Man denke an die sich annähernden Verbren-
nungsverfahren zwischen Otto- und Dieselmotoren: Ottomotoren mit Direkteinspritzung
– zukünftig vielleicht Dieselmotoren mit homogener Verbrennung.
Unser besonderer Dank gilt allen unseren Autoren für ihre konstruktive und disziplinierte
Mitarbeit sowie ihr Verständnis für die schwierige Aufgabe, die Beiträge so vieler Mitarbeiter
zu koordinieren. Besonders hervorzuheben ist die Termintreue der Autoren, die es ermög-
lichte, auch das Erscheinen des überarbeiteten und erweiterten Buches zeitnah und damit
aktuell am Markt zu platzieren – ein besonders erwähnenswerter Vorgang, wie wir meinen.
Nach dem großen Erfolg der ersten sieben Auflagen – von 2002 bis 2016 wurden mehr als
30.000 Exemplare in deutscher und englischer Sprache gedruckt – wurde der Inhalt vieler
Kapitel der 8. Auflage aktualisiert und die Literaturstellen ergänzt.
Dabei wird der wachsenden Bedeutung der Diskussion um Treibhausgase wie CO besonders
2
Rechnung getragen und der Einfluss der Motorapplikation auf die CO -Emission gezeigt.
2
An anderen Stellen wurde, wo erforderlich, der Inhalt auf den aktuellen Stand der Technik
gebracht.
Dem Springer Vieweg Verlag und insbesondere dem Lektorat Ewald Schmitt und Elisabeth
Lange sei für die konstruktive und vorausschauende Mitarbeit herzlich gedankt.
Last but not least danken die Herausgeber insbesondere der Firma IAV GmbH für die fach-
liche und materielle Unterstützung bei der Entstehung dieses Werkes, ohne deren Mithilfe
dieses Handbuch so nicht hätte realisiert werden können.
Bad Wimpfen/Hamm, im Jahr 2017
Dr.-Ing. E.h. Richard van Basshuysen, VDI
Prof. Dr.-Ing. Fred Schäfer, SAE
Unser Antrieb:
Innovative Technologien
für eine umweltgerechte Mobilität
Mit technologisch anspruchsvollen Innovationen leisten Unsere Kompetenz reicht weiter: über effiziente Lö-
wir einen Beitrag zur Emissions-, Verbrauchs- und Ge- sungen im Bereich der Abgasnachbehandlung bis hin
wichtsreduzierung, zum Einsatz alternativer Kraftstoffe zu Komponenten für Brennstoffzellen und für Lithium-
und zur Entwicklung neuer Motoren- und Getriebe- Ionen-Batterien. So fördern wir nachhaltige Mobilität.
generationen. Als Partner der internationalen Fahrzeug- Weltweit.
industrie ist unsere Innovationskraft nicht nur bei
Zylinderkopf- und Spezialdichtungen, Kunststoff-Leicht- Mobilität erfahren – Zukunft entwickeln.
bauteilen und Abschirmsystemen rund um Motor, www.elringklinger.de
Getriebe, Abgasstrang und den Unterboden gefragt.
.
IX
Die Herausgeber
Dr.-Ing. E.h. Richard van Basshuysen, VDI, wurde 1932 in Bingen/Rhein
geboren. Nach einer Lehre mit Abschluss als Kfz-Schlosser studierte
er an der Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel von 1953 bis
1955 mit Abschluss als Ingenieur für Maschinenbau. 1982 wurde ihm
der Hochschulgrad Diplom-Ingenieur verliehen.
Von 1955 bis 1965 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter der Aral AG in
Bochum. 1965 wechselte er zur NSU AG, wo er die Versuchsleitung der
Motor- und Getriebeentwicklung einschließlich der Wankelmotorent-
wicklung übernahm und zum stellvertretenden Leiter des Fahrzeug-
versuchs berufen wurde. In dieser Funktion war er mitverantwortlich
für die Entwicklung der Fahrzeuge Prinz 4, NSU 1000 und 1200, RO
80 und K 70. 1969 wurde die NSU AG von der heutigen Audi AG
übernommen. Bei der Audi AG begründete er dann als Entwicklungs-
leiter die Fahrzeugkomfortklasse V8/A8 und war Leiter der Motoren-
und Getriebeentwicklung und parallel dazu Aufsichtsratsmitglied
der Audi AG als gewählter Vertreter der leitenden Angestellten. Seine
bedeutendste Entwicklung war die des weltweit ersten abgasent-
gifteten Pkw-Dieselmotors mit Direkteinspritzung und Turboauf-
ladung, die er gegen große Widerstände auch im eigenen Hause im
VW-Konzern durchsetzte. Da dieser Motor 20 % weniger Kraftstoff als
sein Vorgänger als Kammerdieselmotor verbraucht und ein Motor mit
hoher Leistung und sehr hohem Drehmoment ist, hat er sich weltweit
durchgesetzt. In Europa wuchs sein Marktanteil von circa 12 % im Jahr
1989 auf circa 50 % nach nur etwas mehr als einer Dekade.
Nach seiner aktiven Laufbahn in der Automobilindustrie gründete
Richard van Basshuysen 1992 ein Ingenieurbüro, das er bis heute leitet.
Auch war er 20 Jahre lang Herausgeber der international bedeutenden
technisch-wissenschaftlichen Fachzeitschriften ATZ (Automobiltech-
nische Zeitschrift) und MTZ (Motortechnische Zeitschrift). Er berät
internationale Automobilhersteller und Ingenieurdienstleister und ist
Autor und Herausgeber technisch-wissenschaftlicher Fachbücher, die
auch ins Englische und Chinesische übersetzt wurden und werden.
Außerdem ist er seit 2006 zusammen mit Prof. Dr. Ing. Fred Schäfer
Herausgeber und Mitautor des Internetportals www.motorlexikon.de.
Darüber hinaus war er Beiratsmitglied und Mitglied des Vorstandes in
verschiedenen Gremien wie dem Verein Deutscher Ingenieure (VDI)
und dem Österreichischen Verein für Kraftfahrzeugtechnik. Auch ist er
Autor und Mitautor von über 60 technisch-wissenschaftlichen Publi-
kationen. 2001 erhielt er für die Entwicklung des zukunftsweisenden
Dieselmotor mit Direkteinspritzung den hochdotierten Ernst-Blickle-
Preis 2000 und die BENZ-DAIMLER-MAYBACH-EHRENMEDAILLE des
VDI für ,,seine herausragende Ingenieurleistung bei der Entwicklung
des Pkw-Dieselmotors mit Direkteinspritzung sowie seine langjäh-
rigen Engagements als Herausgeber der ATZ/MTZ und als Beirats-
