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Dieselmotor
Stationärer Einzylinder-Dieselmotor der ersten Generation (MANN, Augsburg, 1906, 12 PS)
Das Originalpatent, das Rudolf Diesel für den Dieselmotor bekommen

EIN Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor die nach dem Prinzip funktioniert Selbstentzündung. Er wird auch luftverdichtender Motor genannt, da die zur Verbrennung benötigte Luft zunächst vom Kolben im Zylinder verdichtet und dann der Kraftstoff eingespritzt wird. Die durch die Verdichtung stark erhitzte Luft entzündet dann den Kraftstoff spontan.

Geschichte

Das Dieselprinzip wurde 1893 von . erfunden Rudolf Diesel. Die allererste Lizenz zum Bau von Dieselmotoren hat das Werk Gent von carels.[1] im Jahr 1894. Im Jahr 1897, Moritz Schröter der erste Dieselmotor gekauft von Maschinenfabrik Augsburg.[2] Diesel verließ sich auf die Carnot-Prozess. Er hat darauf hingewiesen Otto-Prozess wegen der probleme mit Klopfsymptome bei höher Verdichtungsverhältnisse. Er zog es vor, nur die Luft zu verdichten und erst dann den Kraftstoff einzuspritzen, was viel höhere Drücke als beim Otto-Verfahren zuließ.[3]

Erst nach der Entwicklung der Einspritzpumpe wurde der Dieselmotor für den Einsatz in der Automobilindustrie freigegeben Robert Bosch. Wegen dieser Einspritzpumpe, die laut ihrem Erfinder manchmal Bosch-Pumpe erwähnt, konnten Geschwindigkeit und Leistung mit Hilfe von a . gemessen werden Regler wie gewünscht eingestellt werden. Bis dahin konnten Dieselmotoren nur mit einer festen Drehzahl laufen und waren damit nur für stationäre Anwendungen, etwa im Bergbau, geeignet. Seit der Einführung der Einspritzpumpe und der Lösung von Zuverlässigkeitsproblemen ist die Verbreitung des Dieselmotors in Fahrzeugen eng mit dem Erfolg der Ingenieure verbunden, die inhärenten Nachteile dieses Motortyps zu beseitigen. Durch die Reduzierung des Motorgewichts sowie die Reduzierung von Vibrationen und Geräuschen verbreitete sich der Diesel in immer kleinere Fahrzeugtypen: vom Lkw bis zum großen Pkw, und von den Jahren an siebzig bei kleinen Personenkraftwagen. Obwohl Peugeot schon viel länger kleine Diesel produziert, Volkswagen Golf Diesel ab 1976 gilt als Meilenstein dieser Entwicklung. Der Motor dieses Autos war der erste, der leicht, leistungsstark und leise genug war, um die führende Position des Autos zu behaupten Gemischmotor auf dem Kompaktwagenmarkt.

Geschichte des Pkw-Diesels

In den zwanziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts war der wirtschaftliche Wert der Hauptgrund für den Einsatz eines Dieselmotors. Die konstanten Motorgeräusche, Vibrationen und die zunächst begrenzte Motorleistung minimierten den Erfolg des ersten Dieselmotors im Lkw. Das SchwedischIngenieurJonas Hesselmann entwarf 1925 die 19 19 Hesselman-Motor um die anfänglichen Nachteile zu überwinden. Dieser Motor ist gestartet Benzin und bei Erreichen der Betriebstemperatur auf Diesel umgeschaltet.

In den frühen 1930er Jahren versuchten deutsche Ingenieure noch, die Zuverlässigkeitsprobleme des Dieselmotors zu lösen. Die hohe Verdichtung und andere Einschränkungen der Dieselmotoren zwangen die Deutschen, die Lager zu ersetzen, de Kurbelwelle und der Kolben größer im Vergleich zu a Benzinmotor von gleichem Volumen. Die deutschen Ingenieure konnten die nutzbare Drehzahl nicht erhöhen, ohne die Lebensdauer des Motors zu beeinträchtigen.

1926 rüstete Daimler-Benz seine Lkw mit einem Sechszylinder-Dieselmotor aus, der mit 1300 U/min laufen konnte, während ein Vierzylinder-Diesel, der naturgemäß schwieriger läuft, nur 1000 U/min erreichte. Eine Fortsetzung war zu diesem Zeitpunkt noch nicht möglich. Dies erforderte die Erfindung der leichteren Mahle-Kolben und der Bosch-Einspritzpumpen, um 1933 mit einem Sechszylindermotor 2000 U/min und später brauchbare 2800 U/min mit 82 PS zu erreichen. Allerdings konnte das Chassis eines relativ leichten Pkw damals den Schwingungen dieser schweren Motoren nicht standhalten.

Im November 1934 beschlossen die Mercedes-Ingenieure, die Weiterentwicklung auf Vierzylinder-Dieselmotoren zu konzentrieren. Es gelang ihnen, die Vibrationen durch eine Neugestaltung der Brennräume und eine Verbesserung der Motorleistung um Seitenventilprinzip gehen und a Motor mit hängendem Ventil entwickeln. Das Ergebnis war ein Dieselmotor mit 45 PS bei 3200 U/min und einem Verbrauch von nur 9,5 l/100 km (gegenüber 13 l/100 km bei den damaligen Standard-Vierzylindern). Daher konnte der Motor in das Chassis des Mercedes 200 Taxis eingebaut werden. Die bis 1935 damit gefahrenen Tausenden von Kilometern bewiesen bald die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit dieses Diesels. Dies reichte aus, um das Interesse einzelner Personen zu wecken. 1936 erfüllte Mercedes diese Nachfrage mit einer Passagierversion, der, Mercedes-Benz 260D, wobei sich 260 auf den Hubraum und D auf das Dieselprinzip bezieht. 1936 präsentierten die französischen Autohersteller Peugeot und Citroën ähnliche leichte Dieselautos, jedoch nur Nutzfahrzeuge und Taxis. In Frankreich entwickelte Peugeot 1938 eine Dieselversion des Peugeot 402, aber aufgrund des Ausbruchs des Zweiten Weltkrieges kam dieser Typ nie auf den Markt. 1959 versuchte es Peugeot erneut mit einem 1,8-Liter-Dieselmotor für den Peugeot 403. Obwohl Fiat schon ein . hatte Fiat 1400 mit Dieselmotor wurde der Dieselmarkt für Pkw bis in die 1970er Jahre vollständig von Mercedes-Benz und Peugeot dominiert. 1972 entwickelte Opel einen 2,1-Liter-Dieselmotor für den Opel Rekord. In den Folgejahren kamen auch andere Autohersteller mit Dieselmotoren.

Das Audi R10 wurde 2006 Gewinner des 24 Stunden von Le Mans, der erste Sieg für einen Diesel-Rennwagen.

Arbeitsprinzip

Ein Dieselmotor ist in der Regel ein Motor nach der Kolbenprinzip, bei dem sich ein zündendes Gemisch in einem Zylinder ausdehnt und damit die Kolben in dem Zylinder Nieder. Andere Motortypen können auch spontane Verbrennung verwenden use Rolls Royce experimentierte in den 1960er und 1970er Jahren mit wackelige Diesel.[4] Auch in Staudüsen Luft wird komprimiert und befeuert, so dass sich das Gemisch spontan entzündet. Der Staustrahl gilt jedoch als eigene Kategorie, und Wankel-Diesel gingen nie in Serie. Im Folgenden wird immer von Kolbenmotoren ausgegangen.

Laut der Boyle-Gay-Lussac-Gesetz wird Luft mit Kompression Wärmer; bei hoher Verdichtung sogar heiß genug, damit sich Kraftstoff spontan entzünden kann. Beim Dieselmotor wird die Luft daher im Verdichtungstakt zunächst verdichtet und anschließend der Kraftstoff eingespritzt. Es entzündet sich dann spontan fast sofort Selbstentzündung, gefolgt vom Arbeitstakt. Dies steht im Gegensatz zu den Gemischmotor die Kraftstoff und Luft vormischt und dieses Gemisch viel weniger komprimiert, um eine vorzeitige Verbrennung zu verhindern.

Die Verbrennung in einem Dieselmotor erfolgt bei einem viel höheren Druck und einer viel höheren Temperatur als in einem Gemischmotor, und die Verbrennung ist sehr schnell, erfordert eine schwere Motorkonstruktion und ist im charakteristischen Dieselgeräusch zu hören. Die hohe Rendite wird dadurch ausgeglichen. Dieser Wirkungsgrad hängt hauptsächlich mit dem Verdichtungsverhältnis zusammen, dem Verhältnis zwischen dem Druck vor und nach dem Arbeitstakt. Bei allen differenzdruckbasierten Motoren hängt der Wirkungsgrad von den Gesetzen des Thermodynamik direkt aus der Temperaturdifferenz vor und nach dem Krafthub. Nach dem bereits erwähnten Boyle-Gay-Lussac-Gesetz hängt dieser Unterschied direkt mit dem Verdichtungsverhältnis zusammen, das bei einem Diesel viel höher ist als bei Gemischmotoren. Im Teillastbereich wird der Wirkungsgradunterschied zwischen Diesel- und Gemischmotoren noch größer, da bei Gemischmotoren die Leistung durch weniger Gemischeinbringung in den Zylinder abgemildert wird, was zu einem geringeren tatsächlichen Verdichtungsverhältnis führt. Bei Dieseln ist dies weniger der Fall. Die Leistung wird erhöht durch die mittlerer effektiver Druck um ein größeres erhöhen Kompressionsrate oder von Aufladung.

Seiliger-Prozess.

Kreisprozess

Das Original zirkulärer Prozess für die Verbrennung in Dieselmotoren ist es Dieselprozess oder Ausgleichsverfahren. Die Verbrennung erfolgt so allmählich, dass sich der Druck nicht ändert. Dies war bei Dieselmotoren mit Luftzerstäubung, die heute nicht mehr verwendet wird. Moderne Dieselmotoren nutzen das Mischverfahren, das Seiliger-Prozess. Dies wird als Mischverfahren bezeichnet, da es sich nicht nur um ein gleichwertiges Druckverfahren handelt, sondern teilweise um ein Otto-Prozess wobei die Lautstärke gleich bleibt. Bei gleichem Verdichtungsverhältnis wäre der Wirkungsgrad des Otto-Verfahrens höher, aufgrund des höheren Verdichtungsverhältnisses des Dieselmotors aber noch höher. Zudem erfolgt die Verbrennung bei modernen Dieselmotoren so schnell, dass man sich dem Otto-Verfahren annähert.

Zwischen Theoretischem und Realem thermischen Wirkungsgrad kann einen großen Unterschied machen. Dies liegt zum Teil daran, dass die Endtemperatur niedriger ist aufgrund von Dissoziation von Molekülen über 1400 °C und die Zylinderwand, die Wärme aufnimmt. Die Zeit, die für die Verbrennung und Entfernung der Abgase benötigt wird, sorgt dafür, dass die scharfen Ecken abgerundet werden.

Effizienz

Sankey-Diagramm.
Der Motorwirkungsgrad im Verhältnis zur Wirkleistung .
= mechanischer Wirkungsgrad
= angegebener thermischer Wirkungsgrad
= Gesamtrendite
= spezifischer Kraftstoffverbrauch

Mit Hilfe von a Indikatordiagramm der angegebene thermische Wirkungsgrad kann bestimmt werden:

begleitet von:
= angezeigte Leistung [MW]
= Kraftstoffverbrauch [kg/s]
= spezifische Energie Treibstoff [MJ/kg]

Dies sind etwa 52 % für mittelschnelllaufende Viertaktmotoren und etwa 55 % für langsamlaufende Zweitaktmotoren. Ein Großteil der Verluste ist die Energie, die mit den Abgasen verloren geht. Dies sind zwischen 25 und 30 % der zugeführten Energie. Außerdem muss der Motor gekühlt werden, um die Materialtemperatur in vernünftigen Grenzen zu halten, was zusätzliche Verluste verursacht.

Hinzu kommen Reibungsverluste, die die Wirkleistung reduzieren an der Kurbelwelle ist kleiner als die angegebene Leistung. Dieser mechanische Wirkungsgrad beträgt bei Volllast ca. 90 %:

Die Gesamtrendite wird somit zu:

Damit fällt es Spezifischer Kraftstoffverbrauch zu etablieren; die verbrauchte Kraftstoffmenge pro Leistungs- und Zeiteinheit:

Die Wirkleistung ist abhängig von der mittlerer effektiver Druck. Um überschaubarere Zahlen zu erhalten, wird es oft wie folgt notiert:

[g/MJ]

Hersteller geben dies oft in g/ ankWh. Im Allgemeinen legen diese einen Motor so aus, dass der maximale thermische Wirkungsgrad nicht bei Volllast – der maximalen Leistung – sondern bei Teillast liegt, da die maximale Leistung oft nicht erreicht wird. Der spezifische Kraftstoffverbrauch liegt bei langsam laufenden Zweitaktmotoren bei ca. 170 g/kWh bzw. 47,2 g/MJ und bei mittelschnelllaufenden Viertaktmotoren bei ca. 180 g/kWh bzw. 50 g/MJ

Auch der spezifischer Luftverbrauch hängt vom Heizwert, aber auch vom Luftüberschuss und Spülüberschuss ab. Der spezifische Luftverbrauch hängt mit dem spezifischen Kraftstoffverbrauch zusammen als:

bei welchem der Gesamtluftfaktor ist und die theoretische Luftmenge, die benötigt wird, um den Brennstoff vollständig zu verbrennen. Der Gesamtluftfaktor setzt sich aus dem Luftüberschuss und dem Spülüberschuss zusammen. Die überschüssige Luft wird dem Zylinder zugeführt, weil die Verbrennung so schnell ist, dass sie unvollständig wäre, wenn nur die theoretische Luftmenge zugeführt würde. Das Verhältnis wird mit dem Verbrennungsluftfaktor ausgedrückt . Der Spülüberschuss wird benötigt, um die Abgase auszutreiben und die thermische Belastung zu reduzieren. Der spezifische Luftverbrauch liegt bei langsam laufenden Zweitaktmotoren bei ca. 2,5 kg/MJ und bei mittelschnelllaufenden Viertaktmotoren bei ca. 2,0 kg/MJ.

Viertakt

sehen Viertaktmotor für den Hauptartikel zu diesem Thema.
Indikatordiagramm von Viertakt-Dieselmotor mit Kurbelkreis
Indicator diagram four stroke diesel.svg

1. Einlassventil öffnet;
2. Auslassventil schließt;
3. Einlassventil schließt;
4. Kraftstoffeinspritzung starten;
5. Ende der Kraftstoffeinspritzung;
6. Auslassventil öffnet.

S1. Ansaugtakt;
S2. Kompressionshub;
S3. Arbeitsschlag;
S4. Auspufftakt.

Viertakt- oder Viertakt-Dieselmotoren arbeiten nach dem Prinzip:

  1. Ansaugtakt (Kolben ↓): der Einlassventil öffnet etwas dafür oberer Totpunkt (OT), noch während des Auspufftaktes. Sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil sind jetzt geöffnet. Während dieser Spülzeit sinkt der Druck von etwas oberhalb des Luftdruck bei einem selbstansaugenden Motor leicht unter Atmosphärendruck. Unter Verwendung von Aufladung dieser Druck kann erhöht werden. Nach dem Schließen des Auslassventils wird der Zylinder mit der angesaugten Luft gefüllt;
  2. Kompressionshub (Kolben ↑): Kurz nach dem unteren Totpunkt (ODP) schließt das Einlassventil und die Luftverdichtung beginnt, wodurch Druck und Temperatur stark ansteigen, mit Drücken von 35 bis 40 bar und Temperaturen von 550 bis 600 aufgrund der hohen Verdichtungsverhältnis °C werden bei selbstansaugenden Motoren erreicht. Bei der Aufladung werden deutlich höhere Drücke und vor allem Temperaturen erreicht. Kurz vor dem Ende dieses Verdichtungstaktes beginnt die Kraftstoffeinspritzung. Nach kurzer Einspritz- und Zündverzögerung verbrennt der Kraftstoff spontan. Es folgt eine unkontrollierte Verbrennung mit einem schnellen Druck- und Temperaturanstieg auf 45 bis 50 bar und 1500 bis 1600 °C. Obwohl die Injektion fortgesetzt wird, Druckgefälle sinkt, weil der Luftüberschuss abnimmt, so dass eine teilweise kontrollierte Verbrennung stattfindet;
  3. Geburtsschlag (Kolben ↓): Unmittelbar nach Beginn des Arbeitstakts stoppt die Kraftstoffeinspritzung. Es findet nun eine Nachverbrennung des restlichen Brennstoffes statt. Durch das zunehmende Volumen sinkt der Druck, ist aber durch die Verbrennung höher als der Kompressionsdruck. Am Ende dieses Hubs beträgt der Druck 3 bis 4 bar und die Temperatur 600 bis 700 °C;
  4. Auspufftakt (Kolben ↑): kurz vor Ende des Krafthubes öffnet die . Auslassventil, wodurch der Druck leicht über den Atmosphärendruck abfällt, der die Abgase während des Auspufftakts aus dem Zylinder ausstößt. Am Ende beginnt der Vorgang erneut.

Zweitakt

sehen Zweitaktmotor für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Zweitakt- oder Zweitakt-Dieselmotoren werden in einigen Schiffen eingesetzt, dieselhydraulisch und dieselelektrischLokomotiven und Detroit-DieselLKWs. Ein Zweitakt-Diesel hat Zylinder, die unten über den gesamten Umfang mit Spülöffnungen versehen sind, durch die die Spülluft zugeführt wird. Dieser wird durch den Kolben verschlossen. Ältere Motoren haben oberhalb der Abgasöffnungen, durch die die Abgase abgeführt werden. Besonders problematisch ist die Befüllung mit dieser Schlaufenspülung bei langhubigen Motoren. Längsspülung mit Auslassventil oben am Zylinderdeckel sorgt hier für einen höheren Spülluftfaktor, weshalb moderne Motoren damit ausgestattet sind.

Das Anzeigendiagramm ist ähnlich dem des Viertaktmotors, jedoch ohne Einlass- und Auslasstakt:

  1. Kompressionshub (Kolben ↑): Kurz nach dem unteren Totpunkt (ODP) schließt der Kolben die Spülöffnungen, während fast gleichzeitig das Auslassventil schließt. Die Verdichtung setzt zwar etwas später ein, weil die Purgeports noch verschlossen werden mussten, ansonsten ist der Vorgang aber ähnlich wie beim Viertaktmotor;
  2. Geburtsschlag (Kolben ↓): Dieser Hub gleicht zunächst dem des Viertaktmotors. Bei ca. 20 % des unteren Totpunkts öffnet das Auslassventil und der Druck fällt so schnell ab, dass er beim Öffnen der Spülanschlüsse bereits unter dem Spüldruck liegt.

Indirekte Einspritzung

De wervelkamer bij indirecte inspuiting wordt ook wel
Die Wirbelkammer bei der indirekten Einspritzung wird nach dem Erfinder auch "Ricardo-Kammer" genannt Harry Ricardo.

Viele ältere Dieselmotoren arbeiten nach dem indirekten Prinzip: Der Kraftstoff wird nicht direkt über dem Kolben eingespritzt, sondern in eine separate Vor- oder Wirbelkammer. Die Kombination von Druck und Temperatur reichte nicht aus, um mit diesen alten Maschinen zu starten. Oft wurde eine Glühkerze in der vorderen Kammer verwendet (auch bei sehr alten Motoren). Glühkerzen), die dem Motor beim Kaltstart helfen soll. Bei kaltem Motor und kalter Frontkammer erfolgt die Selbstentzündung des Dieselkraftstoffs nicht ohne Unterstützung. Bis vor kurzem wurden diese Motoren ausnahmslos in leichten Dieselmotoren für Pkw eingesetzt. Sie konnten höhere Drehzahlen erreichen, unter anderem durch den Einsatz einer Rotationseinspritzpumpe. Diese Einspritzpumpe liefert wiederum zu wenig Druck, um in einem großen Dieselmotor verwendet zu werden.

Wasser einspritzung

Auf der Wirbelkammer wurde auch eine Abdeckung mit einer Hohlbirne montiert, die vor dem Start mit Petroleum oder Gas glühend heiß werden musste. Daher der Name Glühbirnen-Diesel. Um bei Glühbirnenmotoren zusätzliche Leistung zu erzeugen, wurde neben der Kraftstoffeinspritzung auch eine Wassereinspritzung in die Wirbelkammer eingebaut, die über eine spezielle Wasserpumpe mit kaltem, sauberem Rohwasser gespeist wurde Exzenter auf der Hauptachse. Das Wasser wurde hochgepumpt als kühlendes Wasser und über eine separate Leitung vom Kühlsystem zu einem speziellen Wasserbehälter im Maschinenraum. Die Wassereinspritzung lieferte etwa 10 % zusätzliche Leistung.

Direkte Injektion

Bis vor kurzem war diese Einspritzart, bei der der Kraftstoff direkt in den Brennraum eingespritzt wird, schwereren Dieselmotoren (Lkw und größer) vorbehalten. Dies wurde durch den Einsatz von elektrischen und elektromagnetischen Motormanagementsystemen gelöst, wie z Pumpe-Düse-Einheit und Common-Rail Dieselmotoren. Diesel-Direkteinspritzer gewinnen heute in der Automobilindustrie zunehmend an Bedeutung. Der Vorteil dieser moderneren Systeme besteht darin, dass die elektronische Steuerung von Einspritzzeitpunkt und -menge den Ausstoß von schädlichen Gasen (Emissionen) sind viel handlicher. Ein Nachteil ist jedoch ein relativ großer Lärm, die vor allem für ältere große Lkw- oder Traktorenmotoren bekannt ist.

Drehgeschwindigkeit

Schnelllaufende Motoren

Schnelllaufende Motoren (n > 16 s−1) werden zum Fahren verwendet LKW, Busse, Traktoren, Wagens, Yachten, Kompressoren, Pumps und Klein Generatoren.

Mittelschnelllaufende Motoren

Große Generatoren und Dieselzüge werden von mittelschnelllaufenden Motoren (4 < n < 16) angetrieben. Diese rotieren mit einer festen Drehzahl und können schnelle Lastwechsel aufnehmen.Mittelschnelllaufende Motoren werden auch in der Schifffahrt, auf kleineren Schiffen als Antrieb und auf großen Schiffen häufig als Hilfsmotor. Auf komplexen Schiffen bilden sie oft das Herzstück der dieselelektrisch Antrieb.

Langsam laufende Motoren

Die größten Dieselmotoren werden zum Antrieb von Schiffen verwendet. Diese riesigen Motoren haben eine Leistung von bis zu 80 MW und drehen bei 60 bis 100 Revolutionen pro Minute, und sind bis zu 15 Meter hoch. Sie werden mit billigem Restkraftstoff betrieben, der aufgrund der hohen Kraftstoffmenge erst kurz vor der Einspritzung erhitzt werden muss Viskosität. Unternehmen wie MANN B&W und Wärtsilä (sulzer Diesel) bauen so große Langsamläufer Zweitaktmotoren. Der stärkste Dieselmotor ist der 14-Zylinder Wärtsilä-Sulzer RTA96-C mit 80 MW (108.800 pk).[5]

Drehrichtung

Viele Motortypen können sowohl Links- als auch Rechtshänder gebaut werden. Mittlere und große Schiffsdiesel sind in der Regel in der Drehrichtung umkehrbar, da die Schraube direkt am Motor angeschlossen. Das Umkehrer.

Konstruktion

Kreuzkopf- und Stammkolbenmotor
Crosshead vs trunk.svg

1. Auspuffrohr
2. Spülluftleitung
3. Auslassventil
4. Zylinderabdeckung
5. Zylinderstange
6. Zylinderlaufbuchse
7. Kolben
8. Spülanschlüsse

9. Kolbenstange
10. Querhaupt
11. Spalten
12. Pleuelstange
13. Schemel
14. Stiftung
15.Kurbelwelle
16. Einlassventil

Die Konstruktion kann auf verschiedene Weise unterschieden werden. Zum Beispiel gibt es Kofferraumkolbenmotoren und Kreuzkopfmotoren, aber ein weiterer Unterschied besteht zwischen Reihenmotoren und V-Motoren.

Bei Kreuzkopfmotoren ist die Kolbenstange mit einem Kreuzkopf verbunden, der mit der Pleuelstange verbunden ist. Dadurch werden die Kolben nicht seitlich belastet, sondern die seitlichen Kräfte werden von Führungen aufgenommen. Bei Rumpfkolbenmotoren ist der Kolben direkt an der Pleuelstange befestigt. Dadurch hat dieser Motor eine niedrigere Bauweise, jedoch müssen die Kolben nun die seitlichen Kräfte aufnehmen, was zu mehr Verschleiß führt.

Bei Reihenmotoren liegen die Zylinder in einer Ebene. Bei V-Motoren sind die Zylinderzentren auf zwei Ebenen aufgeteilt, die in einem Winkel von 45° bis 90° aufeinandertreffen. Ein V-Motor kann daher kürzer und leichter gebaut werden.

Motorrahmen

Der Motorrahmen besteht aus:

Bei den großen langsam laufenden Kreuzkopfmotoren sind dies alles separate Konstruktionsteile, ggf. aus kleineren Teilen wieder aufgebaut. Bei mittelschnell- und schnelllaufenden Tauchkolbenmotoren werden Zylinderbank, Kurbelgehäuse und Fundament oft in einem kombiniert Gießen, es Monoblock.

Zylinderlaufbuchsen können durch Bohrlochkühlung gekühlt werden, wobei Kühlwasser durch in den Zylinder gebohrte Löcher geleitet wird. Bei großen Zweitaktmotoren sind die Kolben zusätzlich mit Wasser- oder Ölkühlung versehen.

Bei kleinen Viertakt-Trunkkolbenmotoren ist der Gasdruck am Kolbenringe beim Aus- und Ansaugtakt so gering, dass die Schmierfilm kann sich ausreichend erholen bei Spritzschmierung. Bei größeren Zwei- und Viertaktmotoren kommen Zylinderschmiersysteme zum Einsatz, bei denen Zylinderschmiernippel durch die Zylinderlaufbuchse hindurch angeordnet sind.

In den Zylinderköpfen befinden sich die Ein- und Auslassventile, die Kraftstoffventil, das Startventil, das Entlastungsventil und das Anzeigeventil. Kleinere Motoren werden mit a . gestartet Anlasser und haben kein Startventil und oft kein Entlastungsventil und Anzeigeventil. Ältere Zweitakt-Loop-Spülmotoren haben keine Einlass- und Auslassventile. Das Starterventil lässt die Startluft zum Starten des Motors zu. Auch diese Zylinderdeckel verfügen über eine Bohrungskühlung.

Motorgetriebe

Das Motorgetriebe besteht aus:

Kurbelwelle

Von diesen Teilen ist die Kurbelwelle das komplizierteste. Die großen langsam laufenden Motoren haben eine eingebaute Kurbelwelle, da eine Fertigung in einem Stück nicht möglich ist. Aufgrund von Temperaturunterschieden und Verschleiß wird eine Kurbelwelle fast nie vollständig ausgerichtet, was mit Hilfe einer Kurbelwelle erreicht werden kann Messung der kurbelseitigen Durchbiegung kann überprüft werden.

Lager

Im Getriebe befinden sich verschiedene Lager. Diese werden durch die Gaskraft geladen, die Zentripetalkraft der rotierenden Kurbelwelle, die oszillierende Kraft des sich auf und ab bewegenden Kolbens und das Gewicht der Teile. Die Lager bestehen je nach Belastung aus Weißmetall oder trimetall. Von großer Bedeutung ist hier ein Gut Schmierung.

Kolben

Der Kolben besteht aus einem Kolbenboden, auf den die Gaskraft wirkt. Im Kolbenboden sind die Kolbenringe eingebaut, die die Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderlaufbuchse gewährleisten. Bei Viertaktmotoren ist die untere Feder des Federpakets eine Ölabstreiferfeder. Zweitaktmotoren mit Schleifenspülung haben einen Kolbenmantel, der das Schließen der Spül- und Auslassöffnungen ermöglicht.

Kolbenstangen-Stopfbüchse

Bei Kreuzkopfmotoren wird der Zylinderraum mit einer Kolbenstangen-Stopfbuchse zum Kurbelgehäuse abgedichtet, um eine Verunreinigung des Schmieröls im Kurbelgehäuse zu verhindern. Dadurch kann der Kolben auch als Spülpumpe verwendet werden.

Nockenwelle

Die Nockenwelle dient zum Antrieb der Ein- und Auslassventile sowie der Kraftstoffpumpe über einen Druckstange fahren. Die Nockenwelle wird von der Kurbelwelle über ein Zahnradgetriebe angetrieben, Kette oder Gürtel. Bei einem Zweitaktmotor dreht sich die Nockenwelle mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle, bei einem Viertaktmotor ist dies die Hälfte. Bei langsam laufenden Motoren wird das Auslassventil hydraulisch angetrieben, also nicht mehr über eine Schubstange.

Common-Rail

Der Nockenwellenantrieb des Kraftstoffsystems wird heute zunehmend durch ein Common-Rail-System. Bei diesem System befindet sich der unter Einspritzdruck stehende Kraftstoff in einer gemeinsamen Hochdruckleitung (der Common-Rail). An dieses Common Rail sind die Injektoren über Piezo-Technik kontrolliert Magnetventile (Magnetventile). Zum Einspritzen von Kraftstoff müssen diese Magnetventile, gesteuert von der Steuerelektronik, nur öffnen. Dadurch kann der Injektionsverlauf besser kontrolliert werden. Anstatt die gesamte Kraftstoffdosis auf einmal einzuspritzen, kann dies in Phasen erfolgen. Dadurch kann sich die Verbrennung langsamer entwickeln, so dass der Motor weniger Lärm macht und einen besseren Wirkungsgrad erhält.In jeder Situation können Zeitpunkt und Verlauf der Kraftstoffeinspritzung an die Drehzahl und/oder die erforderliche Last angepasst werden. Ebenso lassen sich die Ein- und Auslassventile auch hydraulisch ansteuern, wodurch die Nockenwelle entfallen kann.

Das System der kontrollierten Einspritzung von Hochdruckkraftstoff in eine gemeinsame Leitung (das Common-Rail) ist übrigens nicht neu. Mehr als 50 Jahre zuvor war ein solches System in mechanischer Form bereits bei Doxford-Motoren eingesetzt worden. Die Funktion der Magnetventile wurde weiterhin von mechanisch bestromten Steuernadeln übernommen. Wenn diese stecken blieben, wurde ständig Kraftstoff eingespritzt, was zu schweren Motorschäden oder sogar zur Explosion des Motors führte, wie am 18. April 1960 a/b Frau. Pendrecht passiert.

Kraftstoffsystem

Das Kraftstoffsystem eines Dieselmotors unterscheidet sich stark von dem eines Benzinmotors, da die Luftversorgung und die Kraftstoffversorgung komplett getrennt sind. Auch hier kann unterschieden werden, nämlich zwischen Motoren, die weiterlaufen Rückstände mit anderen Worten schweres Öl und Destillatkraftstoff wie Diesel und Schiffsdieselöl.

Niederdrucksystem

Bei Pkw und Lkw handelt es sich bei den Kraftstofftanks um im Fahrgestell eingehängte Tanks mit Einfüllöffnung, Entlüftungs- und Belüftungsmöglichkeit, Füllstandssensor und Ablass zum Motor. In diesem Tank (PSA) ist heute die Niederdruckpumpe montiert, die den Kraftstoff zur Hochdruckpumpe presst.

Bei Schiffen sind die Treibstofftanks oder Bunker meist im Doppelboden und in Seitentanks untergebracht. Bei Schweröl werden diese Tanks beheizt. Von diesen Tanks wird es mit der Trimmpumpe in einen Absetztank (Absetzbecken) wo Wasser und Schadstoffe (Schlamm) kann sich absetzen, um abgelassen zu werden. Danach geht es durch a Separator wo Wasser und Verunreinigungen weiter vom Öl getrennt werden. Dieses Öl gelangt in den Tagestank, aus dem die Niederdruckpumpe (Booster-Pumpe) das Öl durch einen Vorwärmer durch einen Filter fördert — oft a Rückspülfilter — Pumpen zum Hochdrucksystem. Abhängig von Viskosität Eventuell muss das Öl auf über 150°C erhitzt werden, um die richtige Viskosität an den Düsen zu erreichen.

Hochdrucksystem

Aufgeschnittene Kraftstoffeinspritzpumpe eines Lastkraftwagens, die unten die Nockenwelle und oben die Hochdruckleitungen zu den Injektoren zeigt

Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe saugt aus dem Niederdrucksystem an und erhöht den Druck auf 1000 bis 2000 bar. Bei einem bestimmten Druck hebt die Einspritzdüsennadel an und der Kraftstoff spritzt in den Zylinder. Je höher der Druck, desto kleiner die Kraftstofftröpfchen und desto schneller die Verbrennung. Die Kraftstoffpumpe wird von der Nockenwelle angetrieben, während die Durchflussregelung von der Regler wird gerichtet. Dieses Einnahmenschema kann ein anfängliches oder endgültiges Schema oder eine Kombination davon sein. Bei einer Vorsteuerung wird die Leistung durch Variation des Einspritzbeginns angepasst und das Ende fixiert, bei der Endsteuerung ist es umgekehrt. Mit der kombinierten Regelung kann die gesamte Einspritzzeit an die über den Lastbereich variierende Einspritzverzögerung angepasst werden. Dies ist die Zeit zwischen dem Beginn des effektiven Pumpenhubs und dem Öffnen der Verneblernadel.

Pumpen größerer Dieselmotoren sind Kolbenregulierung oder Ventilregulierung. Bei kleineren Motoren, Verteilerpumpen[6] und Pumpe-Düse-Einheiten benutzt. Biene Common-Rail der Nockenwellenantrieb entfällt. Bei diesem System lassen sich Einspritzzeitpunkt und Einspritzdauer viel stärker an die Beladung anpassen.

Rücklauf- oder Leckagebereich

Sowohl im Niederdruck- als auch im Hochdrucksystem wird der Druck durch ein Rückdruckventil geregelt. Dadurch wird der Druck der Systeme unabhängig von der Belastung des Motors konstant gehalten. Die Durchflussregelung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe sorgt zusätzlich für einen Rücklauf. Der überschüssige Kraftstoff wird in den Tank zurückgeführt.

Luftversorgung

Um zu Beginn des Einlasstakts einen ausreichend großen Einlasskanal zu haben, werden die Einlassventile vor dem Ende des Auslasstakts geöffnet. Um ausreichend Abgase auszustoßen, schließen die Auslassventile erst zu Beginn des Ansaugtaktes. Diese Überlappung ist die Spülzeit und der Winkel kann zwischen 20 und 60° variieren. Auch dieser Winkel wird mit zunehmender Drehzahl größer.

Kleinere Motoren sind der Einfachheit halber manchmal selbstansaugend, aber größere Motoren verwenden immer eine Aufladung. Um bei gleichem Wirkungsgrad mehr Leistung aus einem Zylinder zu holen, muss mehr Kraftstoff verbrannt werden. Dies erfordert auch mehr Luft, die durch die Druckfüllung zugeführt werden kann. Bei steigenden Drücken und Temperaturen sorgt dies für eine höhere thermische und mechanische Leistung MwSt für den Motor. Mit a Turbolader Aus den Abgasen wird Energie verbraucht, die sonst weitgehend verschwendet würde. De compressor zuigt over het algemeen aan via een luchtfilter, dat tevens een vlam- en geluiddempende taak heeft. Het luchtfilter is vaak voorzien van een vervuilingsindicator; een sensor die constateert wanneer er een te grote onderdruk in het systeem ontstaat;

Door de voorcompressie stijgt de temperatuur van de lucht. Door na de compressor een luchtkoeler te plaatsen, wordt de aanvangscompressietemperatuur omlaag gebracht, wat zorgt voor een hogere luchtvulling en vermogen. Langzaamlopende tweeslagdieselmotoren zijn altijd voorzien van drukvulling en hebben een aparte, mechanisch aangedreven compressor om bij deellast — als de turbocompressor nog niet voldoende druk levert — voldoende lucht in de cilinders te pompen.

De uitlaatgassen drijven vervolgens de turbine van de drukvulgroep aan. Dit kan op meerdere manieren, zoals volgens het gelijkedruksysteem, het stootsysteem, het SPEX-systeem, het pulse-convertorsysteem en de tweetrapsdrukvulling.

Trillingen

In tegenstelling tot bijvoorbeeld turbines is de aandrijving bij verbrandingsmotoren niet continu. Dit is een van de oorzaken van trillingen:

Zodra deze trillingen in de buurt van de eigentrillingsfrequentie van de motor of onderdelen daarvan komen, kan resonantie ontstaan, wat schade tot gevolg kan hebben. In dit geval zal de trilling gedempt moeten worden, of weggenomen door de motor te balanceren.

Axiale trillingen

Axiale trillingen — in de lengterichting van de krukas — worden veroorzaakt door torsietrilling, radiale componenten van de gaskrachten, versnellingskrachten van de cilinders en axiale krachten op de aandrijfas. Alleen bij langzaamlopende tweeslagmotoren ligt de eigen axiale trillingsfrequentie binnen het toerenbereik van de motor, zodat deze worden uitgerust met een axiale trillingsdemper. Bij andere motoren is de axiale stijfheid dusdanig groot dat de trillingsfrequentie buiten het toerenbereik ligt.

Buigingstrillingen

Buigingstrillingen ontstaan door doorbuiging van een as, zoals de aandrijfas. Als dit voor problemen zorgt, kan de afstand tussen de aslagers veranderd worden.

Torsietrillingen

Het geheel van krukas, krukken, zuigerstangen en zuigers kan worden opgevat als een torsie-elastisch systeem dat torsietrillingen ondergaat. Deze ontstaan doordat een verbrandingsmotor een wisselend draaimoment heeft. Dit is afhankelijk van het aantal cilinders, de plaatsing daarvan en de ontstekingsvolgorde. Het wisselende draaimoment ontstaat doordat de krachten op de zuigers wisselen. Deze krachten bestaan uit die veroorzaakt door de gasdruk boven de zuiger en de versnellingskracht van de op en neer bewegende zuigers. Bij elkaar genomen is dit de tangentiaalkracht. Vaak wordt hiervoor de tangentiaaldruk gegeven. Met behulp van een indicateurdiagram kan het tangentiaaldrukdiagram worden samengesteld door rekening te houden met de versnellingskrachten.

Dit zorgt voor een oneenparig verlopende krukasrotatie, wat uitgedrukt kan worden met de oneenparigheidsgraad. Dit kan beïnvloed worden door massa toe te voegen om de massatraagheidsmoment te vergroten; het vliegwiel.

Met een harmonische analyse kan de tangentiaaldruk worden ontleed in een oneindig aantal harmonischen. Vooral als de harmonische componenten van meerdere cilinders elkaar versterken, kan asbreuk optreden. De toerentallen waarbij dit gebeurt zijn de hoofdkritische en nevenkritische rotatiefrequenties. Deze toerentallen moeten vermeden worden.

Dieselklop

Een andere trilling is de dieselklop die veroorzaakt wordt door te snelle drukstijging bij de verbranding. Dieselklop ontstaat wanneer na de SOI (Start Of Injection) het ontstekingsuitstel te lang duurt, bijvoorbeeld wanneer men werkt met diesel met een laag cetaangetal. Na de injectie moet de brandstof namelijk eerst vernevelen, vervolgens verdampen en dan pas kan een gasvormig lucht/diesel-mengsel gevormd worden. Als dit hele proces te lang duurt zal het mengsel pas ontsteken wanneer de zuiger dicht bij het BDP is en de druk dus hoog is. Hierdoor zal de druk plots heel snel stijgen. Deze plotse drukstijging wordt dieselklop genoemd.

De remedie is brandstof met een hoger cetaangetal te gebruiken omdat deze makkelijker zelf-ontsteekt. Sommige injectiesystemen maken gebruik van pilootinjectie waarbij een kleine hoeveelheid diesel wordt ingespoten voor de hoofdinspuiting. Hierdoor wordt het ontstekingsuitstel verkort.

Milieutechnische zaken

Een dieselmotor heeft ten opzichte van een benzinemotor een hoger rendement maar tevens een aanzienlijk hogere emissie van schadelijke roetdeeltjes en stikstofoxiden. Binnen Europa gelden voor wegvoertuigen die nieuw verkocht worden emissie-eisen die vastgelegd zijn in de Euronormen. Vanaf 2005 gaat Euro4 in en in 2010 komt de Euro5 norm. Deze wordt vanaf 2013 weer opgevolgd door de Euro6 norm. Daarin mag een dieselmotor waarschijnlijk evenveel stikstofoxiden en roetdeeltjes uitstoten als een benzinemotor, wat vergaande aanpassingen zal vergen. Op dit moment[bron?] heeft een aantal automerken (waaronder Peugeot, Citroën en Toyota) hun motoren uitgerust met een roetfilter. Deze vangen de roetdeeltjes op en verbranden die bij verzadiging bij hoge temperatuur, waardoor er geen schadelijke stoffen in het milieu komen. Het rendement van een dieselmotor is hoger dan van een benzinemotor, daarom is het brandstofverbruik bij gelijkblijvende prestaties lager, en daarmee ook de emissie van kooldioxide, het belangrijkste broeikasgas.

In tegenstelling tot het wegtransport, bestonden er tot het begin van deze eeuw geen internationale emissienormen voor de motoren van binnenschepen. Door het gebrek aan regulering ontstonden er voor de emissies van binnenvaart twee parallelle initiatieven van de Centrale Commissie voor de Rijnvaart (CCR) en de Europese Commissie. De normen opgesteld door de CCR gelden in de Rijnoeverstaten en ook in België. De CCR-1 norm, is van kracht sinds 1 januari 2003 en geldt enkel voor nieuwe motoren. De norm hangt af van het vermogen. Strengere CCR-2 normen zijn voorzien voor 2008. De normen opgesteld door de Europese Commissie betreffen een amendering van richtlijn 97/68/EG, met verschillende normen afhankelijk van de cilinderinhoud.[7]

In de zeevaart en offshore worden eisen gesteld aan de emissies door Annex VI van Marpol. Hier worden grenzen gesteld aan de hoeveelheid zwaveloxiden (SOx) en stikstofoxiden (NOx). SOx veroorzaakt zure regen en is vooral in kustgebieden een probleem. In beschermde gebieden mag dan ook alleen worden gevaren met laagzwavelige brandstof en niet met zware olie die gemiddeld zo'n 3,5% zwavel bevat. Midden op zee wordt SOx door het zeewater geneutraliseerd. NOx dragen bij aan smogvorming, zure regen, het broeikaseffect en het ozongat. Manieren om de uitstoot te reduceren zijn:

  • verlaten van de brandstofinspuiting;
  • verhogen van de ingespoten hoeveelheid brandstof;
  • verhogen van de compressieverhouding;
  • uitlaatgassencirculatie;
  • toevoegen van water aan de brandstof;
  • waterinjectie in de verbrandingsruimte;
  • bevochtigen van de vullucht;
  • verlagen van de temperatuur van de vullucht;
  • reinigingsinstallatie met ammoniaktoevoeging in de uitlaatgassenkanaal.

Een geheel andere ontwikkeling is de toepassing van hybride voertuigen, die worden aangedreven door een dieselmotor en een elektromotor, afhankelijk van de toepassing. Door de inzet van de elektromotor in met name stedelijke gebieden wordt de uitstoot van fijnstof en geluid drastisch verminderd. Daarnaast gaat de koolstofdioxideuitstoot omlaag door het gebruik van de elektrische aandrijving. Remenergie kan worden opgeslagen in een batterij en later opnieuw worden ingezet.

Fabrikanten

Zie ook

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