Der Dieselmotor S. 186

Verbrennungsmotoren III
Der Dieselmotor
S. 186
wurde 1897 (1927) entwickelt, um den Wirkungsgrad gegenüber dem Ottomotor zu
verbessern (durch höhere Drücke und Temperaturen ) auf 30 bis 35 %.
Arbeitsweise
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Nur Luft wird rel. hoch verdichtet (30 bis 50 bar).
o
Kurz vor OT (15 - 30 ) wird der Kraftstoff unter hohem Druck (100 - 2300 bar) eingespritzt.
Nach einem Zünd verzug von 0,7 - 3 ms kommt es zur Selbstzündung.
o
Der Druck steigt im Arbeitstakt auf 60 - 80 bar (bei 2000 - 2500 C) an.
Gemischbildung
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Durch den Luft überschuss wird der Kraftstoff vollständig ausgenützt.
Der Kraftstoff muss zünd willig sein.
Die Zündwilligkeit wird durch die Cetan zahl ausgedrückt.
Bei zu langem Zünd verzug (z.B. bei kaltem Motor) wird zuviel Kraftstoff eingespritzt, der dann
verspätet und explosions artigverbrennt. ( Wirkungsgrad und Leistung fallen;
Rauch entwicklung)
Einspritzverfahren
direkt
indirekt
höherer Wirkungsgrad
weichere Verbrennung, geringerer Einspritzdruck,
Pumpe und (Zapfen )Düse sind weniger belastet,
Start hilfe (Glühkerze) nötig
luftverteilende ...
wandverteilendes ..
Direkteinspritzung
hart, laut , Mehrloch
düse ( schmutz empfindlich)
Einspritzdruck:150 - 300 bar
M Verfahren
Kraftstoff verdampft
schichtweise,
"weich", Einspritzdruck
175 bar
Common Rail: 1400 bar
Pumpe-Düse: 2050 bar
Vorkammer-V.
Teilverbrennung
Überdruck Verwirbelung
Wirbelkammer-V.
gute Verwirbelung
durch die Verdichtung
Vorteile von Common Rail:
• Einspritzmenge und -zeitpunkt werden über das Druckregel ventil gesteuert
• innerhalb des Kennfeldes frei wählbarer Einspritzdruck
• hohes Druckangebot bei niedrigen Drehzahlen
• flexibler Einspritzbeginn mit Vor-, Haupt und Nacheinspritzung
• leichte Anpassung an die Gegebenheiten des Motors
• durch Piloteinspritzung sanfter Druckanstieg und weichere Verbrennung (Nageln geringer) sowie
besseres Abgas durch gründlichere Verbrennung
Eigenschaften
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im Vergleich zum Otto Motor
geringer Verbrauch (guter Wirkungsgrad)
weniger Schadstoffe (außer Ruß und NOx)
günstiges Betriebsverhalten
schwere, stabile Bauweise
ungünstigeres Leistungsgewicht
sinnvoll einsetzbar:
für 2 Takt Verfahren
mit Abgasturbolader ( kein "Turboloch")
für minderwertigere Kraftstoffe
problemlos bei dünner Luft (Luftüberschuss!)
Md
n
-
unkultivierter Lauf
begrenzte Höchstdrehzahl (langsamere
Brenngeschwindigkeit, größere Masse)
höhere Produktionskosten
Verbrennungsmotoren III
Der Dieselmotor
S. 286
1. a) Warum erreicht ein Dieselmotor einen höheren (thermischen) Wirkungsgrad als ein Ottomotor?
b) Zählen Sie weitere Vor und Nachteile auf!
a) Höhere Drücke und Temperaturen verbessern den thermodynamischen Wirkungsgrad eines Kreisprozesses. Durch den größeren Luftüberschuss verläuft die Verbrennung vollkommener.
b) geringer Verbrauch, weniger Schadstoffemission (außer NOx), rußt, gleichmäßiger Drehmomentverlauf ==> noch günstigeres Betriebsverhalten, verarbeitet billigere und schwer vergasbare
Schweröle, laut und niedrige Enddrehzahl geringere Leistungsdichte
gleichbleibende Luftmenge
auch bei Teillast gleicher
Druck
2. Skizziert ist das idealisierte p v Diagramm eines Dieselmotors.
a) Wie ändert sich das Diagramm, wenn nur mit halber
Kraftstoffmenge gearbeitet wird?
a) Tragen Sie in anderer Farbe das p v Diagramm eines
Ottomotors ein! (Verdichtungsverhältnis ist anders!)
b) Wie verändert sich das Diagramm von b), wenn nur mit
halber Kraftstoffmenge gearbeitet wird?
Ottomotor: kleinere Verdichtung
weniger Gas wird
verdichtet
3. Warum eignet sich der Dieselmotor besser als der Ottomotor ...
a) für das Zwei Takt Verfahren
b) für eine Kombination mit einem Abgasturbolader?
a) Da der Kraftstoff erst beim Verdichten (kurz vor OT) eingespritzt wird, können keine
Spülverluste auftreten.
b) Da auch im Teillastbereich die Luft nicht gedrosselt wird, wird die Abgasturbine ausreichend mit
Luft versorgt. Das „Turboloch“ (beim Beschleunigen bei niedrigen Drehzahlen) ist kaum
spürbar.
4. Feder
a) Um welche Düse handelt es sich?
b) Welche konstruktiven Maßnahmen sorgen dafür, dass die Düsennadel bei ca. 200 bar
öffnet?
a) Mehrlochdüse (für Direkteinspritzung)
b) Der Druck im Kraftstoff bewirkt eine Kraft auf die kegelige Ringfläche der
Düsennadel. Wird diese Kraft größer als die eingestellte Vorspannkraft, so öffnet
die Düse.
5. Ein 125-kW-Dieselmotor hat bei 1500 1/min sein höchstes Drehmoment von 705 Nm und dort einen
spezifischen Kraftstoffverbrauch von b = 200 g/kWh.
Wie lange kann er mit 100 kg Kraftstoff bei 1500 1/min (unter Volllast) arbeiten?
4,52 h
geg.: n = 1500 1/min
Md = 705 Nm
b = 200 g/kWh
oder auch mit
„Dreisatzrechnung“
P = Md ⋅ ω = Md ⋅ 2 ⋅ π ⋅ n = 705 Nm ⋅ 2 ⋅ π ⋅ 1500 = 110, 7 kW
60 s
100 kg
⇒
= 500 kWh
b= m
W =m =
W
b 0,2 kg / kWh
P =W
t
⇒
500 kWh
= 4,52 h
t =W =
P
110,7 kW