Grundlagen des Automobilbaues [Reprint 2022 ed.] 9783112693704, 9783112693698

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A u t o m o b i l t e c h n i s c h e Bibliothek B a n d XII

G h i t t i s , Grundlagen des Automobilbaues

Automobiltechnische Bibliothek Die in Band

I.

Band

II.

Band

III.

Band

IV.

Band

V.

Band

VI.

CLutomobittecfonik Cin^etdarstettun^en

Der Automobilmotor

und

von W . P f i t z n e r Ingenieure.

A. G. v. L o e w e ,

und

seine

Konstruktion Diplom-

Der Automobilzug des Colonel Charles Renard von W . A. Th. M ü l l e r ,

Ober-Ingenieur.

von

Automobilvergaser

Heinrich

Dechamps,

Diplom-Ingenieur. Die

Kugellagerungen

von

Aug.

Bauschlicher,

Ingenieur.

Der Konstruktionsstahl von

tur

A. H a e n i g ,

Prof.

Die Leistungsverluste und die Abfederung

von

Fahrgestell

Dr.-Ing. R. L u t z . Kraftfahrzeugen

Band VIII.

von

3 Teile. von Dr.-Ing. E r i c h

die

Organisation

Dipl.-Ing. A. O. v o n

Band

Gaskraftwagen

IX.

des

Konstruktionsbüros

von

Lo e we.

Die Schmierung leichter Verbrennungsmotoren von K- R. H. P r a e t o r i u s ,

Ingenieur.

Die

Verbrennungsmotoren

X.

Kühlung

leichter

von K. R. H. P r a e t o r i u s ,

Band

Bobeth.

K o n s t r u k t i o n s b e r e c h n u n g e n von K r a f t f a h r z e u g e n und

Band

Ingenieur.

von

Das

Band VII.

und seine Mikrostruk-

XI.

Das

Motorrad

Curt Hanfland, Band XII.

Grundlagen

und

Ingenieur.

seine

Konstruktion

von

Ingenieur.

des Automobilbaues

von Prof. Dipl.-

Ing. W. G h i t t i s .

V e r l a g

von

M.

K R A Y N

/ B E R L I N

W

Grundlagen des Automobilbaues Von

Prof. Dipl.-Ing. W . Ghittis Petersburg

Mit 98

Abbildungen

BERLIN

VERLAG

von 1924

W

M.

KRAYN

Copyright 1 9 2 3 by M. K r a y n , B e r l i n W . 10

Alle Rechte, namentlich das der Uebersetzung, vorbehalten

V o r w o r t . Der Motorwagen stellt ein ganzes, ungetrenntes System dar und nur von diesem Standpunkte aus betrachtet, kann er vollständig untersucht und der organische Zusammenhang zwischen seinen Elementen gefunden werden. Die Untersuchung der Bewegungs- und Widerstandsmomente, die beim Motorwagen auftreten, sowie die Untersuchung der Bedingungen und Erscheinungen, die sich bei dem in Bewegung befindlichen Motorwagen ergeben, bilden den Inhalt der vorliegenden Arbeit. Den Ausgangspunkt bildet die Bewegungsgleichung des Motorwagens, wodurch auch der Inhalt des Stoffes charakterisiert ist. Dieser Ausgangspunkt verlangt eine besondere Untersuchung des Automobilmotors, der als Quelle der Bewegungsmomente, gemäß Gleichung N = f (n), betrachtet wird. Einzelne Teile der vorliegenden Arbeit bilden den Inhalt von Vorträgen und Seminarvorlesungen, die vom Verfasser in den Jahren 1919—1922 in polytechnischen und techno-pädagogischen Instituten gehalten wurden. An dieser Arbeit, sowie weiteren Entwicklung des Stoffes haben die Herren Dipl.-Ing. A. G u c h m a n n und W . P e t r o w i t s c h regen Anteil genommen. Eine große Anzahl von Schaulinien mußte leider in Form von Tabellen gebracht werden. Im Bedarfsfalle kann jedoch die gewünschte Schaulinie leicht an Hand der Tabelle aufgezeichnet werden, die nur wenig Zeit und Mühe beansprucht. Petersburg

1923.

Der Verfasser.

Inhaltsverzeichnis. Seite

Vorwort V Literaturverzeichnis VII Zeitschriften X Bezeichnungen XI I. Bewegungsgleichung des Motorwagens 1 II. Untersuchung der Widerstandskräfte 3 III. Untersuchung der Faktoren, die die Motordrehmomente bedingen . . . 11 1. Formulierung der Aufgabe 11 2. Zylinderfiillungs-Verhiiitnisse 12 3. Wärmeprozesse im Motor 21 4. Mechanische Verluste im Motor 39 5. Schaulinien des Vergasers 51 6. Schaulinien des Motors 68 IV. Die Konstruktionselemente des Motors 73 1. Der allgemeine Bau 73 2. Die Kühlung 74 3. Steuerung der Ventile 78 4. Reihenfolge der Zündungen 79 V. Übertragung der Energie 80 1. Kupplung 80 2. Wechselgetriebe 84 3. Kardanantrieb 91 4. Kettenantrieb . 96 VI. Kräfte und Reaktionen am Motorwagen 98 1. Abfederung 98 2. Bremsung 103 VII. Die Lenkung . 106 VIII. Dynamik der Motor-Wagen 115 1- L'ngleichförmigkeitsgrad des Motors 115 2. Massenausgleich 115 3. Stabilität des Motorwagens auf geraden Strecken 122 4. „ ,, „ in der Kurve 123 5. Schwingungen des Mortorwagens 127 6. Gyroskopische Wirkung der Eäder . ' 131 IX Verteilung der Energie im Motorwagen . . . . 133

Literaturverzeichnis. 1. 2. 3. 4. 5. C. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. IG. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39.

A r c h b u t t & D e e r l e y , Le graissage B o t h , Liquid Fuel B r o w n , Handbook of Carburation B r e w e r , Carburation B a l e , Gas and Oil Engines Management B r a t e , Farm Gas Engines B o b e t h , Lcistimgsverluste und Abfederung von Kraftwagen B e r r y , T-S Diagramm B a r i k i , Energie-Umwandlung in Flüssigkeiten B u r s t a l l , Energie Diagramm for Gas B u c h - L e h m b e c k , Auto-Rahmen B u c h - L e l i m b e c k , Autosteuerungen B u c h , Automobil-Getriebe und Kupplungen B a u s c h l i c h e r , Kühlung und Kühlvorrichtungen B r o o s , Automobil-Handbook B o u l v i n , Theorie des machines thermiques B r e w e r , Motor Car Construktion C a b o t , Les automobiles et leurs moteurs C a b o t , Guide pratique du Chauffeur C o n n e r , Gas Engines Pocket Book C a r d u l l o , Praktical Thermodvnamique C a l v a z a r a , Motori a gas C a r l e s , Anatomie de la voiture automobile C l e r k & B u r l s , Gas, Petrol and Oil-Engines I — I I . . . ' . . . . D e s c h a m p s , Automobilvergaser E n n i s , Applied Therniodvnamiks for Engineer F a v r o n , Construktion automobile G a r r a d , Gas, Oil and Petrol Engines G a r u f f a , Motori a scoppio G a r u f f a , Motori a combustione interna H e l l e r , Motorwagenbau H a b e r , Thermodynamik technischer Gasreaktionen J o u d g e , High Speed Internal Combustion Engines J o u g u e t , Theorie des moteurs thermiques K e n n e d y , Book of the Motor Car K l e i n , Zündmomentverstellung L a e o i n , Construktion et reglage des moteurs L a u r e n t i , Le motrici ad explosionc L o e w e , Konstruktionsberechnungen von Kraftfahrzeugen

1915 — 1916 —

1913 1921 1912 1913 1917 1920 1920 1913 1905 1912 1910 1907 1907 — 1913 1913 1913 1922 1916 1916 1916 1916 1915 1922 1905 1916 1909 — — — 1916 101 ö

— VIII — 40. 41. 42. 41!. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86 87. 88..

L u t z , Fahrgestell von Gaskraftwagen L a l a n d , e t N o a l h a t , Elements de thermodynamique L e h m b e c k , Handbuch des Automobilbaues L e h m b e c k & I s e n d a l , Berechnung u. Konstruktion v. Automobil-Motoren L o e f f l e r , Mechanische Triebwerke und Bremsen L o r e n z , Technische Wärmelehre M e n z e l , Automobilvergaser M a r i e , Formule de stabilité de l'automobile M a g g , Steuerung von Verbrennungsmotoren M ü l l e r , Der Automobilzug M a r t i n o t L a G a r d e , le moteur a explosion M a r t i n o t L a G a r d e , le Moteur d'aviation . ' M o r i t z , Les moteurs thermique dans leur rapport avec la thermodynamique M a r s e h i s , Les moteurs d'automobiles M a t h o t , Constructions et fonctionnement des moteurs a combustion interne N e r n s t , Theoretische Chemie O s t e r t a g , Entropiediagramme der Verbrennungsmaschinen P e d r e t t i , II meccanico Chauffeur P f i t z n e r - L o e w e , Der Automobilmotor P e t i t , Les moteurs P e t i t , Le pneumatique P e t o t , Etude dynamiques de 1 Automobile P o u r r i e z , Vous me dire P o m i n i , macchina a Gas P o i n c a r e , Thermodynamique P l a n k , Vorlesungen über Thermodynamik R a n d a l , Heat I i i e d l e r , Wissenschaftliche Automobilwertung L o e f f l e r - 1 1 i e d l e r , Olmaschinen S c h o e t l e r . Gasmaschinen S c h u l e , Technische Thermodynamik I — I I S o r e l , Carburation et combustion dans le moteur a alcool B u s e i l e r , Autotechnischcs Handbuch V a l e n t i n , ' Fabrikation von Motoren und Automobilen W i m p e r i s , Internal combustion Engines W i n k l e r , Entwerfen von leichten Benzinmotoren D on a t h - G r ö g e r , Treibmittel der Kraftfahrzeuge H e l d - I s e n d a l , Automobilbau Band I— I I S t e p h a n , Technische Mechanik S e u f e ' r t , Berechnung von Verbrennungsmaschinen G r a m b o r g , Maschinentechnisches Versuchswesen Repport of Committee on Prime Power Repport of Committee on Prime Power S m o y e r , Autoreparing S t e r l i n g , Internal Combustion Engincs S t r e e t e r , Internal Combustion Engines L o e w , Das Automobil L o e w , Neuere Vergaser ' M a r t i n , Thermodynamik

1 922 1911 1909 1911 1912 1912 1922 — 1914 1907 — — 1913 1905 1909 1921 1923 1916 1922 1915 1912 1906 — 1911 1908 1922 1013 1912 1915 1909 1923 1904 1922 1915 1915 1922 1917 1922 1922 1920 1921 1920 1921 — 3917 1915 1921 1920 1916

— IX — 80. 90. 91. 92. 93. 9 1. 95. 0(5. 97. 98. 99. 100. 101. 102. 10!!. 104. 105. 10(i 107. 108. 109. 110. 111. 112. 113. 114.

M o v e r & C a 1(1 e r w o 0(1. Engineering Thcrmodynamics . . . . . 1915 G r e e n . Heut Engineering 1915 H e r s h f e l d & B a r n a i d . Elements of Heat Power Engineering . . 1915 L o r e n t z , Lehrbuch der Physik — K a r a p e t o f f , Thennodynamic — W i t z . Traite des Moteurs I — I I I — B a r s c h , Motor] tili ige . . . 1920 H e i s e , Karosseriebau 1921 P u l z , K ü h l u n g und Kühler von Flugmotoren 192(J I l o f m a n n . (irundlagen für den Hau von Kraftwagen 1912 U n s e r , Erschütterungen schwerer Eahrzeugniotoren 1920 M o d e r s o h n , Regelung der Olmaschinen 1919 H a r s c h , Berechnung von Motorpflügen 1918 G r a n z e r . Schnellaufende Verbrennungsmaschinen 1922 D e c h a m p s & K u t z b a e h , P r ü f u n g , W e r t u n g und Weiterentwicklung von Elugmotoren 1921 K r ü g e r , Tanks 1921 K ö n i g , Kosten des Automobilbetriebes 1922 S e i l i g e r , Graphische Thermodynamik 1922 W y d l e r , Drehschw ingungen in Kolbenmaschinenanlagen 1922 M ü l l e r , Elugmotoren 1918 D o n a t h - G r ö g e r , Flüssige Brennstoffe 1914 B e c k e r , Vervollkommnung der Verbrennungsmotoren durch LeichtmetallKolben 1922 B e c k e r , Schnell-Lastwagen mit liiesenluftreifen 1923 B e r r y a n d K e g e r n e i s , The Carburation of Gasolin 1920 Guchmann, Uber den volnmetrischen W i r k u n g s g r a d (Aserbajdyan X a p h t a - W i r t schaff) 1922 G h i t t i s , Verbrennungskraftmaschinen (Petrograd) 1923

Zeitschriften. 1. Tenjoxofl. 2. BecTHMK Mim'enepoii — O-Ba TexnojioroB. 3. TPYABI K O M H C C H I I no n c c j i e f l 0 B a n m 0 Ton.inna. 4. Automobil Engineer. 5. Motor — London. 6. Motor — Stockholm. 7. Engineer. 8. Engineering. 9. Motorwagen. 10. La Vie automobile. 11. Forschungsarbeiten. 12. Ölmotor. 13. Gasmotorentechnik. 14. Power. 15. Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure, lü. Nachrichten des Vereins Deutscher Ingenieure. 17. llevue de Mechanique. 18. Le Genie Civil. 19. The Automobil. 20. Automotiv Industries. 21. Mechanical Engineer. 22. Wirtschaftsmotor. 23. Motor Traction. 24. Motor Age. 25. Autocar. 20. Gas and Oil Power. 27. Motor Sycle. 28. Motor Sycling. 29. II Politechnico. 30. Der Praktische Maschinenkonstrukteur. 31. Technik und Wirtschaft. 32. Maschinenbau. 33.

AliTOMOUlIJJb.

34.

Mo-rop.

35. XexiniKa ii cnub/KOHiu: Kp. ApMiiu. 36 Horseles Age. 37 Journal of the Society of Automotive Engineers.

Bezeichnungen (So B Be Cv Cp D f i J K L h H Ho m M Xe Xi Ni X.2 X3 Pi p, Po P6 pr pK pm pn R S Tx T T\ T) T5 Tr,

weit

nichts

näheres

angegeben

ist).

= = = — = = = = = = = — = -= = = =

Brennstoffverbrauch kg Spez. Brennstoffverbrauch kg/PS/st ,, Wärme bei v = Const. „ „ P= „ Zylinderbohrung Koeffizient der rollenden Reibung Zylinderanzahl Trägheitsmoment Constante Luftmenge kg Gemischheizwert Brennstoffheizwert Kai. Molcknlarwärme bei T = O Kai. Übersetzungsverhältnis Kraftmoment Effektive Motorleistungen PS Indizierte ,, Arbeitsleistung für Hilfsmechanismen PS „ ,, Kolbenreibung hervorgezogen durch Explosionsdruck ,. „ ,, hervorgerufen durch Massendruek = Gasdruck am Anfang der Saugung kg/cm 2 = Mischungsdruck am Ende „ ,, „ — Verdichtungsdruck ,, - Explosionsdruck ,, = Ansdehnungsdruck ,, = Gas-Parzialdruck ,, — Mischungs-Parzialdruck = io:s:s:i kg/cm 2 = Gaskonstante - - Kolbenhub, Weglänge m - 288° C =- Temperatur = Auspuff-Temperat ur abs = Temperatur am Ende des Saughubes = Verdiehtungstemperatur = Explosionstemperatur

PS

— t

--

U

—

Temperatur

Wärme-Energie

Q

—

Wagengcwicht

Qj, — Qwand

0

XII

C kg

B r c m s g c w i c h t des W a g e n s =

-

kg

W ä r m e a u s t a u s c h mit der Z y l i n d e r w a n d

Q2

=

A d h ä s i o n s g e w i c h t des W a g e n s

q

=

Gewicht der Wagenbrücke

„

w

=

Wagonwidersland

,,

w,

—

Rollwiderstand

„

w2

=

W i d e r s t a n d auf S t e i g u n g e n

„

Ws =

Luftwiderstand

„

w4

=

Wagcnbeschleunigungswiderstimd

„

v

=

Geschwindigkeit

a

=

ß

=

Wagenbesclileunigung

Luftüberschuß

y

=

Spez.

(i

=

Adhäsionskoeffizient

co

=

Umfangsgeschwindigkeit

£

=

Verdichtungsgrad.

Gewicht

m/s

kg

I. Die Bewegungsgleichung des Motorwagens. An den in Bewegung befindlichen Motorwagen unterscheidet man zwei Arten von Momenten, u. z. Bewegungsmomente M und W i d e r standsmomente W , die sich als Funktion vieler Veränderlicher darstellen lassen. M = f (a, b, c x) 1.) W = F (A, B, C X) 2.) Die Gleichung für den im Beharrungszustande befindlichen W a g e n ist M = W . f (a, b. c .

.

.

. x) =

F (A, B. C .

.

.

. X) .

Die Faktoren, die die Leistung des Motores bedingen, sind: a) Energie des Brennstoffs. b) Wärmeverluste. c) Mechanische Verluste. Ist der Zylinderfühlungsgrad ?/., so ist Jt D 2 n T, 15: 4 und

L = K j • D 2 • s • n • ,/m -

%

'

V t

-

h

Der Gesamtwiderstand, der vom Motor zu überwinden sich zusammen aus a) Rollwiderstand wx b) Steigungswiderstand w2 c) Luftwiderstand w3

. 3.)'

4 }

-

5.) ist, setzt

d) Reibungsverluste im Motorwagen. Auf G r a n d von Versuchsergebnissen ist w1 = f • Q 6.) w 2 = 0,01 • h • Q 7.) w 3 = 0,0052 u • F • v 2 . 8.) worin Q = Gewicht des Motorwagens, f = Koeffizient der rollenden Reibung, h = Steigung in Prozenten, F = Fläche die zur Windrichtung senkrecht steht und v = Geschwindigkeit des Motorwagens ist. G h i t t i s , G r u n d l a g e n des A u t o m o b i l b a u s .

1

—

2

—

Bezeichnet ferner >/ den mechanischen Wirkungsgrad

des

Getriebes

(vom Motor bis zu den Treibrädern) und m das Ubersetzungsverhältnis zwischen Motor zu den Iiädern, so ist Q - f - v + 0,01 h • Q • v + m • rf und folglich w

=

Kj • D2 • s • n •

0,0052 • u • F • v3

• »y v • ^ • h =

Die Gleichung 10 stellt die Beweguqgsgleichung des Motorwagens dar. Ändert sich der Widerstand, so werden die beiden Teile der Gleichung nicht mehr übereinstimmen. Die Richtigkeit der Gleichung kann nur durch entsprechende Änderung der W e r t e h, j], und m wieder erreicht werden.

()

'

10.)

II. Untersuchung der Widerstandskräfte. D e r Holl widerstand eines rollenden Motorwagenrades, ist von dem auf dem R a d e lastenden Druck und von der Beschaffenheit der F a h r b a h n abhängig. W1 = Q'.f worin f einen Erfahrungskoeffizient bedeutet. Bezeichnet man mit Q', Q". Q " , Q"" die Radbelastungen, so der Rollwiderstand W1 = Q'.f' + Q".f" + Q"/.f"' + Q"'.f"" . . . . oder mit genügender Genauigkeit, wenn f' = f" = f'" = {'"' = f

11.) wird 12.) und

Q' + Q' + Q'" + Q"" = Q w , = Q . f . 13.) In Tabelle I sind die Rollwiderstandskoeffizienten für verschiedene Straßendecken angegeben.

Tabelle I. Straßendecke

16

20

22

0,018 0,022 0,021 0,0235 0,025

0,0195 0,0225 0,023 0,027 0,028

0,0203 0,0235 0,025 0,0299 0,0295

v km/st

Asphalt Holzpflaster Makadam Granitpflaster Schlackenbelag

• !

!

Nach amerikanischen Versuchen aus dem J a h r e 1917 kann Größe des Rollwiderstandes angenommen werden: a) f ü r g r o ß e

bei v > 12

f

=

1 7

'

6

Lastwagen

6 + 4ÖöV + 2,5

v =

13 — 21

f =

20,3 ] / ~ kg/t

v =

21 — 36

f =

25,1

kg/t

8 0

k

^

die

—

4

b) f ü r l e i c h t e v = 16 — , 2 4

= 14,5 + ^ kg/t

v = 16 — 23

= 18 + J

v = 14 — 23 v = 12 — 21 v = 15

23

—

Wagen

kg/t

2 V2 -Y + — 3 30 3 V2 = 3 6 , 5 - 4 V + 3Ö 24

für Asphalt „

Holzpflaster und gute Straßendecken

„

Chaussee

..

Landstraße

I2

= 17,5 + 40 „ Granitpflaster Liegt der Fall vor, daß ein nicht elastisches R a d auf einer elastischen Lauffläche (lockerer Boden) abrollt (Traktor mit. eisernen Rädern), so können die elastischen Formänderungen der Räder und der Lauffläche

Abb. 1.

außer acht gelassen werden und sind nur die bleibenden Formänderungen des Bodens in Rechnung zu stellen. Um die Rechnung zu vereinfachen, setzen wir voraus, daß der Rollwiderstand nur von der Arbeit, die für das Zusammendrücken des Bodens notwendig ist, abhängt. Dann wird nach Abb. 1, wenn x die Tiefe und a die Fläche des eingesunkenen Rades bedeutet Wx = f • x • a 14.) Ist b die Radbreite und G das auf dem Rad lastende Gewicht, so erhält man das Volumen, das von dem Rade verdrängt worden ist, wenn durch E eine Parabel y 2 = 2 r x gezogen wurde, mit V = 2 / 3 b - h - y . Da x = h und das auf das Rad entfallende Gewicht G = 2/3b-h-y-f 15.) so wird G = 2 / 3 f • b • |'2r~'h» 16.) Bewegt sich das Rad um die Strecke s weiter, so wird die "Widerstandsarbeit w f-s-b-h h l s = Ö

^da

¥w j

und

f.

ferner

h =

f

=

•

•h2

b

3 fr

(17.) ^

2b]/rha 1 f / 9 G2 - J/ ^

I3/ so wird W 1 = 0,54 \ Bedeutet

Fx =

so ist

18.) Gr4"

19

-)

Zugkraft

n' =

Anzahl der Pflugschare

b'j =

Breite

hx =

Furchentiefe

K =

Bodenwiderstandskoeffizient (Tabelle II)

Fi =

n' • b'i h! • K

„

„

Bezeichnet ferner Gt = Gr2 =

statische Belastung des Vorderrades » v n Hinterrades

L

=

Radstand

1

=

Entfernung vom Hacken bis zur Bodenoberfläche,

so wird die auftretende Belastung während der Bewegung der Treibund Steuerräder Q l

=

Q9 =

G

G

~ r

l

+

F

2 0

L F

°

21.)

und der Gesamtwiderstand (Steigung und Luftwiderstand werden vernachlässigt)

worin rj und r 2 den Radius der Räder

und q den Gleitkoeffizienten

bedeutet.

Tabelle II. Sandboden Abgemähtes Feld Trockenes Feld Herbstacker Frischgeackerter' Boden

.

K = K = K =

0,03 0,10 0,14

K =

0,15

K =

0,30

—

6

—

F ü r den in F a h r t befindlichen Raupenschlepper ist . . 23.) W j = 2 f • b' • 1' • h' worin b' die Breite u n d 1' die Länge der R a u p e bedeutet. D e r Einfluß der Steigung ergibt sich aus folgender Betrachtung. Ist a der Neigungswinkel der F a h r b a h n (Abb. 2), so ist W 2 = Q • sin « 24.) und h = 1 • tg a 25) D a der W i n k e l a klein ist, wird annähernd sin a = tg a und daher W = y • Q = 0,01 • h • Q

26.)

W2a ,