Der Dieselmotor S. 186 - H. Klinkner
Der Dieselmotor S. 186 - H. Klinkner
Der Dieselmotor S. 186 - H. Klinkner
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Verbrennungsmotoren III <strong>Der</strong> <strong>Dieselmotor</strong> S. <strong>186</strong><br />
wurde 1897 (1927) entwickelt, um den Wirkungsgrad gegenüber dem Ottomotor zu<br />
verbessern (durch höhere Drücke und Temperaturen ) auf 30 bis 35 %.<br />
Arbeitsweise<br />
• Nur Luft wird rel. hoch verdichtet (30 bis 50 bar).<br />
• Kurz vor OT (15 - 30 o ) wird der Kraftstoff unter hohem Druck (100 - 2300 bar) eingespritzt.<br />
• Nach einem Zünd verzug von 0,7 - 3 ms kommt es zur Selbstzündung.<br />
• <strong>Der</strong> Druck steigt im Arbeitstakt auf 60 - 80 bar (bei 2000 - 2500 o C) an.<br />
Gemischbildung<br />
• Durch den Luft überschuss wird der Kraftstoff vollständig ausgenützt.<br />
• <strong>Der</strong> Kraftstoff muss zünd willig sein.<br />
• Die Zündwilligkeit wird durch die Cetan zahl ausgedrückt.<br />
• Bei zu langem Zünd verzug (z.B. bei kaltem Motor) wird zuviel Kraftstoff eingespritzt, der dann<br />
verspätet und explosions artigverbrennt. ( Wirkungsgrad und Leistung fallen;<br />
Rauch entwicklung)<br />
Einspritzverfahren<br />
direkt<br />
höherer Wirkungsgrad<br />
indirekt<br />
weichere Verbrennung, geringerer Einspritzdruck,<br />
Pumpe und (Zapfen )Düse sind weniger belastet,<br />
Start hilfe (Glühkerze) nötig<br />
luftverteilende ... wandverteilendes ..<br />
Direkteinspritzung M Verfahren Vorkammer-V. Wirbelkammer-V.<br />
hart, laut , Mehrloch<br />
düse ( schmutz empfindlich)<br />
Kraftstoff verdampft<br />
schichtweise,<br />
Teilverbrennung<br />
Überdruck <br />
gute Verwirbelung<br />
durch die Verdichtung<br />
Einspritzdruck:150 - 300 bar "weich", Einspritzdruck Verwirbelung<br />
175 bar<br />
Common Rail: 1400 bar<br />
Pumpe-Düse: 2050 bar<br />
Vorteile von Common Rail:<br />
• Einspritzmenge und -zeitpunkt werden über das Druckregel ventil gesteuert<br />
• innerhalb des Kennfeldes frei wählbarer Einspritzdruck<br />
• hohes Druckangebot bei niedrigen Drehzahlen<br />
• flexibler Einspritzbeginn mit Vor-, Haupt und Nacheinspritzung<br />
• leichte Anpassung an die Gegebenheiten des Motors<br />
• durch Piloteinspritzung sanfter Druckanstieg und weichere Verbrennung (Nageln geringer) sowie<br />
besseres Abgas durch gründlichere Verbrennung<br />
Eigenschaften<br />
im Vergleich zum Otto Motor<br />
• geringer Verbrauch (guter Wirkungsgrad) Md<br />
• weniger Schadstoffe (außer Ruß und NOx)<br />
• günstiges Betriebsverhalten<br />
• schwere, stabile Bauweise<br />
• ungünstigeres Leistungsgewicht<br />
• sinnvoll einsetzbar: n<br />
für 2 Takt Verfahren<br />
mit Abgasturbolader ( kein "Turboloch")<br />
für minderwertigere Kraftstoffe<br />
• problemlos bei dünner Luft (Luftüberschuss!)<br />
- unkultivierter Lauf<br />
- begrenzte Höchstdrehzahl (langsamere<br />
Brenngeschwindigkeit, größere Masse)<br />
- höhere Produktionskosten
Verbrennungsmotoren III <strong>Der</strong> <strong>Dieselmotor</strong> S. 286<br />
1. a) Warum erreicht ein <strong>Dieselmotor</strong> einen höheren (thermischen) Wirkungsgrad als ein Ottomotor?<br />
b) Zählen Sie weitere Vor und Nachteile auf!<br />
a) Höhere Drücke und Temperaturen verbessern den thermodynamischen Wirkungsgrad eines Kreisprozesses.<br />
Durch den größeren Luftüberschuss verläuft die Verbrennung vollkommener.<br />
b)<br />
geringer Verbrauch, weniger Schadstoffemission (außer NO x ), rußt, gleichmäßiger Drehmomentverlauf<br />
==> noch günstigeres Betriebsverhalten, verarbeitet billigere und schwer vergasbare<br />
Schweröle, laut und niedrige Enddrehzahl geringere Leistungsdichte<br />
gleichbleibende Luftmenge<br />
auch bei Teillast gleicher<br />
Druck<br />
2. Skizziert ist das idealisierte p v Diagramm eines <strong>Dieselmotor</strong>s.<br />
a) Wie ändert sich das Diagramm, wenn nur mit halber<br />
Kraftstoffmenge gearbeitet wird?<br />
a) Tragen Sie in anderer Farbe das p v Diagramm eines<br />
Ottomotors ein! (Verdichtungsverhältnis ist anders!)<br />
b) Wie verändert sich das Diagramm von b), wenn nur mit<br />
halber Kraftstoffmenge gearbeitet wird?<br />
Ottomotor: kleinere Verdichtung<br />
weniger Gas wird<br />
verdichtet<br />
3. Warum eignet sich der <strong>Dieselmotor</strong> besser als der Ottomotor ...<br />
a) für das Zwei Takt Verfahren<br />
b) für eine Kombination mit einem Abgasturbolader?<br />
a) Da der Kraftstoff erst beim Verdichten (kurz vor OT) eingespritzt wird, können keine<br />
Spülverluste auftreten.<br />
b)<br />
Da auch im Teillastbereich die Luft nicht gedrosselt wird, wird die Abgasturbine ausreichend mit<br />
Luft versorgt. Das „Turboloch“ (beim Beschleunigen bei niedrigen Drehzahlen) ist kaum<br />
spürbar.<br />
4. Feder a) Um welche Düse handelt es sich?<br />
b) Welche konstruktiven Maßnahmen sorgen dafür, dass die Düsennadel bei ca. 200 bar<br />
öffnet?<br />
a) Mehrlochdüse (für Direkteinspritzung)<br />
b) <strong>Der</strong> Druck im Kraftstoff bewirkt eine Kraft auf die kegelige Ringfläche der<br />
Düsennadel. Wird diese Kraft größer als die eingestellte Vorspannkraft, so öffnet<br />
die Düse.<br />
5. Ein 125-kW-<strong>Dieselmotor</strong> hat bei 1500 1/min sein höchstes Drehmoment von 705 Nm und dort einen<br />
spezifischen Kraftstoffverbrauch von b = 200 g/kWh.<br />
Wie lange kann er mit 100 kg Kraftstoff bei 1500 1/min (unter Volllast) arbeiten?<br />
4,52 h<br />
geg.: n = 1500 1/min<br />
Md = 705 Nm<br />
P = Md ⋅ ω = Md ⋅2 ⋅π ⋅ n = 705Nm ⋅ 2 ⋅ π ⋅<br />
1500<br />
= 110,7 kW<br />
60 s<br />
b = 200 g/kWh<br />
100kg<br />
oder auch mit<br />
„Dreisatzrechnung“<br />
b =<br />
m<br />
⇒ W =<br />
m<br />
= = 500kWh<br />
W b 0,2 kg / kWh<br />
500kWh<br />
P =<br />
W<br />
⇒ t =<br />
W<br />
= = 4,52h<br />
t P 110,7 kW