Was ist ein Viertakt-Dieselmotor – Definition

Dieselmotoren können entweder als Zweitakt- oder Viertakt-Kreisprozessen ausgelegt sein. In dem Viertakt-Dieselmotor bewegt sich der Kolben viermal entlang des Zylinders. Wärmetechnik

Diesel Cycle – Dieselmotor

In den 1890er Jahren hat der deutsche Erfinder Rudolf Diesel seine Erfindung eines effizienten, langsam brennenden Verbrennungsmotors mit Selbstzündung patentieren lassen. Der von Rudolf Diesel vorgeschlagene ursprüngliche Zyklus war ein Zyklus mit konstanter Temperatur. In späteren Jahren erkannte Diesel, dass sein ursprünglicher Zyklus nicht funktionieren würde und er übernahm den konstanten Druckzyklus, der als Dieselzyklus bekannt ist .

Der Dieselzyklus ist einer der häufigsten thermodynamischen Kreisprozessen in Kraftfahrzeugmotoren und beschreibt die Funktionsweise eines typischen Kolbenmotors mit Selbstzündung. Der Dieselmotor arbeitet ähnlich wie der Benziner. Der wichtigste Unterschied ist, dass:

  • Zu Beginn des Kompressionshubs befindet sich kein Kraftstoff im Zylinder, daher tritt bei Dieselmotoren keine Selbstentzündung auf.
  • Der Dieselmotor verwendet eine Selbstzündung anstelle einer Funkenzündung.
  • Aufgrund der hohen Temperatur, die während der adiabatischen Kompression entsteht, entzündet sich der Kraftstoff beim Einspritzen spontan. Daher werden keine Zündkerzen benötigt.
  • Vor dem Beginn des Arbeitstakts beginnen die Einspritzdüsen, Kraftstoff direkt in den Brennraum einzuspritzen, und daher erfolgt der erste Teil des Arbeitstakts ungefähr bei konstantem Druck.
  • Bei Dieselmotoren können höhere Verdichtungsverhältnisse erreicht werden als bei Ottomotoren
  • Verdichtungsverhältnisse erreicht werden als bei Ottomotoren

Der Dieselmotor arbeitet ähnlich wie der Benziner. In diesem Bild ist ein Otto-Motor zu sehen, der von einer Zündkerze anstelle der Kompression selbst gezündet wird.

Viertaktmotor - Ottomotor
Viertaktmotor – Ottomotor
Quelle: wikipedia.org, Eigenes Werk von Zephyris, CC BY-SA 3.0
Im Gegensatz zum Otto-Zyklus führt der Diesel-Zyklus keine isochore Wärmezufuhr durch. In einem idealen Dieselzyklus durchläuft das System, das den Zyklus ausführt, eine Reihe von vier Prozessen: zwei isentrope (reversible adiabatische) Prozesse, die sich mit einem isochoren Prozess und einem isobaren Prozess abwechseln.Da das Carnot-Prinzip besagt, dass kein Motor effizienter sein kann als ein reversibler Motor ( eine Carnot-Wärmekraftmaschine ), der zwischen denselben Hochtemperatur- und Niedertemperaturbehältern betrieben wird, muss der Dieselmotor einen niedrigeren Wirkungsgrad als der Carnot-Wirkungsgrad haben. Ein typischer Dieselmotor arbeitet mit einem thermischen Wirkungsgrad von etwa 30% bis 35% . Etwa 65-70% werden als Abwärme verworfen, ohne in nützliche Arbeit umgewandelt zu werden, dh Arbeit, die an Räder geliefert wird. Im Allgemeinen sind Motoren mit Dieselzyklus in der Regel effizienter als Motoren mit Otto-Zyklus. Der Dieselmotor hat den höchsten thermischen Wirkungsgrad aller praktischen Verbrennungsmotoren. Dieselmotoren mit niedriger Drehzahl(wie in Schiffen verwendet) kann einen thermischen Wirkungsgrad von mehr als 50% haben . Der größte Dieselmotor der Welt erreicht mit 51,7% Spitzenwerte.

Viertakt-Dieselmotor

Dieselmotoren können entweder als Zweitakt- oder Viertakt-Kreisprozessen ausgeführt werden. Der Viertakt-Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor (IC), bei dem der Kolben beim Drehen einer Kurbelwelle vier separate Hübe ausführt. Ein Hub bezieht sich auf die volle Bewegung des Kolbens entlang des Zylinders in beide Richtungen. Daher entspricht nicht jeder Hub einem einzelnen thermodynamischen Prozess, der im Kapitel Dieselzyklus – Prozesse angegeben ist.

Der Viertaktmotor umfasst:

  • Einlasshub – Der Kolben bewegt sich vom oberen Totpunkt (OT) zum unteren Totpunkt (OT) und der Zyklus passiert die Punkte 0 → 1. Bei diesem Hub ist das Einlassventil geöffnet, während der Kolben Luft (ohne Kraftstoff) in den Totpunkt zieht Zylinder durch Erzeugen von Vakuumdruck in den Zylinder durch seine Abwärtsbewegung.
  • der Kompressionshub – Der Kolben bewegt sich vom unteren Totpunkt (BDC) zum oberen Totpunkt (OT) und der Zyklus passiert die Punkte 1 → 2. Bei diesem Hub werden sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil geschlossen, was zu einer adiabatischen Luftkompression führt (dh ohne Wärmeübertragung zur oder von der Umgebung). Während dieser Kompression wird das Volumen verringert, der Druck und die Temperatur steigen beide an. Am Ende dieses Hubs wird Kraftstoff eingespritzt und verbrennt in der komprimierten heißen Luft. Am Ende dieses Hubs hat die Kurbelwelle eine volle 360-Grad-Umdrehung ausgeführt.
  • Krafthub – Der Kolben bewegt sich vom oberen Totpunkt (OT) zum unteren Totpunkt (OT) und der Zyklus passiert die Punkte 2 → 3 → 4. Bei diesem Hub sind sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil geschlossen. Zu Beginn des Arbeitstakts tritt zwischen 2 und 3 eine nahezu isobare Verbrennung auf. In diesem Intervall bleibt der Druck konstant, da der Kolben abfällt und das Volumen zunimmt. Bei 3 sind die Kraftstoffeinspritzung und die Verbrennung abgeschlossen, und die Flasche enthält Gas mit einer höheren Temperatur als bei 2. Zwischen 3 und 4 dehnt sich dieses heiße Gas wieder ungefähr adiabatisch aus. Bei diesem Hub wird der Kolben in Richtung Kurbelwelle angetrieben, das Volumen vergrößert und die Arbeit durch das Gas am Kolben erledigt.
  • der Auspuffhub. Der Kolben bewegt sich vom unteren Totpunkt (UT) zum oberen Totpunkt (OT) und der Zyklus passiert die Punkte 4 → 1 → 0. Bei diesem Hub ist das Auslassventil geöffnet, während der Kolben ein Abgas aus der Kammer zieht. Am Ende dieses Hubs hat die Kurbelwelle eine zweite volle 360-Grad-Umdrehung abgeschlossen.

Beachten Sie Folgendes: Im Idealfall sollte die adiabatische Expansion fortgesetzt werden, bis der Druck auf den der Umgebungsluft abfällt. Dies würde den thermischen Wirkungsgrad eines solchen Motors erhöhen, verursacht jedoch auch die praktischen Schwierigkeiten mit dem Motor. Der Motor müsste einfach viel größer sein.

Beispiele für Kompressionsverhältnisse – Benzin vs. Diesel

  • Das Verdichtungsverhältnis in einem benzinbetriebenen Motor ist aufgrund eines möglichen Motorklopfens (Selbstentzündung) normalerweise nicht viel höher als 10: 1 und nicht niedriger als 6: 1 .
  • Ein turbogeladener Subaru Impreza WRX hat ein Verdichtungsverhältnis von 8,0: 1 . Im Allgemeinen haben turbogeladene oder aufgeladene Motoren bereits Druckluft am Lufteinlass, daher werden sie normalerweise mit einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis gebaut.
  • Ein serienmäßiger Honda S2000 Motor (F22C1) hat ein Verdichtungsverhältnis von 11,1: 1 .
  • Einige atmosphärische Sportwagenmotoren können ein Verdichtungsverhältnis von bis zu 12,5: 1 haben (z. B. Ferrari 458 Italia).
  • 2012 brachte Mazda neue Benzinmotoren unter dem Markennamen SkyActiv mit einem Verdichtungsverhältnis von 14: 1 auf den Markt . Um das Risiko eines Motorklopfens zu verringern, wird das Restgas durch Verwendung von 4-2-1-Motorabgassystemen , Implementierung eines Kolbenhohlraums und Optimierung der Kraftstoffeinspritzung reduziert .
  • Die Dieselmotoren haben ein Verdichtungsverhältnis, das normalerweise 14: 1 überschreitet, und Verhältnisse über 22: 1 sind ebenfalls üblich.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.