Formelsammlung Kolbenmaschinen I (KMA I) - Fachhochschule ...

Formelsammlung KMA I Seite 25/27
bereitstehen, d.h. sowohl bei zu geringem Sauerstoff-Anteil als auch bei einer zu großen Verdünnung
des Kraftstoffs im Sauerstoff ist keine Verbrennung möglich! Daher ist beim konventionellen Otto-
Motor eine relativ konstantes Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff erforderlich. Bei
Lastschwankungen muss das Verhältnis konstant bleiben. Daher bezeichnet man dies auch als
„Qualitätsregelung“; die Qualität des Gemisches bleibt gleich. Das führt dazu, dass im Teillastbetrieb
der Ansaugdruck p1‘ zu Beginn des Verdichtungsvorgangs gedrosselt werden muss.
Druck p
p u
q 2,3
3
2
2'
3'
V 2 =V c
Volumen V
4'
V 1
4
1
1'
q 4,13
Druck p
p u
q 2,3
3
2
2'
3'
q 3,4
V 2=V c
4'
4
Volumen V
p-V-Diagramme des Otto- und Diesel-Vergleichsprozeß im Voll- und Teillastbetrieb (`)
Das Arbeitsverfahren des Diesel-Motors unterscheidet sich hier deutlich. Es wird nur reine Luft
angesaugt und verdichtet. Gegen Ende des Verdichtungsvorgangs wird unter hohem Druck Diesel in
den Arbeitsraum eingespritzt, der aufgrund der geänderten Eigenschaften sehr schnell verdampft und
sich selbst entzündet. Lokal entstehen Bereiche mit den „richtigen“ Luft-Kraftstoff-Verhältnissen für
eine Verbrennung. Die Luftmasse ist unabhängig vom Lastzustand konstant (ohne zusätzliche
Ladeeinrichtung!). Das Verhältnis zwischen Luft- und Kraftstoff ändert sich ständig, so dass man hier
von einer „Quantitätsregelung“ spricht. Eine Ansaugdrosselung ist nicht erforderlich.
8.1. Heizwert Hu
Der Heizwert Hu gibt den Energieinhalt eines Kraftstoffs an. Per Definition liegt Wasser am Austritt in
gasförmiger Phase vor. Die theoretisch umsetzbare Wärmeenergie bzw. Wärmeleistung ist
Q
.
zu
= m
.
k
⋅H
u
,
[ Q
.
zu
] =
J.
[Hu]= MJ/kg
Qzu
= mk
⋅Hu
, [ Qzu
] = J/
s = W
Z.T. wird auch noch der Begriff „unterer Heizwert“ verwendet.
8.2. Luftverhältnis λλλλ
Das Luftverhältnis λ gibt das Verhältnis zwischen vorhandener Luftmasse mL und der stöchiometrisch
notwendigen Luftmasse für eine vollständige Verbrennung an. Für ein kg Kraftstoff werden ca. 14,5
kg Luft (ca. 21% Sauerstoffanteil) benötigt, um den Kraftstoff vollständig zu verbrennen. Dies hängt
von der Zusammensetzung des Kraftstoffs ab.
m
.
m
L
L
λ = = , z.B. λ =
= 1
. mK
⋅L
ST mK
⋅L
ST
−3
kg Luft
1,
379 ⋅10
kg
0,
02kg
Luft
Kraftstoff ⋅14,
5
kg
Kraftstoff
Ist λ kleiner als 1, ist keine vollständige Verbrennung möglich, da nicht für alle C/H-Atome O-Atome
vorhanden sind. Man nennt dies auch ein „fettes“ oder „reiches“ Gemisch.
5
V 1
5'
q 5,1
1=1'