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Frage zur Einspritzung bei Dieselmotoren (hilfe bin Chemiker :D)

Guten Morgen,

ich studiere Chemie und habe leider kein wirkliches Wissen über Motoren. Gerade arbeite ich an einen Vortrag über Dimethylether DME als Dieselersatz.

Hier steht, dass lediglich eine Modifikation am Einspritzsystem vorgenommen werden muss, und sonst ein normaler Dieselmotor verwendet werden kann. Es gibt ja zwei Arten der Einspritzung: Hoch- und Niederdruckeinspritzung. Dimethylether ist schon bei ca. -20 Grad gasförmig. D.h. dieser niedrige Siedepunkt begünstigt eine schnelle Vermischung mit der Luft in der Zündkammer, wodurch eine effizientere Zündung erreicht wird. DME hat außerdem eine höhere Cetanzahl (55-60) als Diesel (40-55), das heißt es zündet leichter. Es ist auch aufgeführt, dass ein mit DME betriebener Dieselmotor weniger Motorengeräusche verursacht, da ein Niederdruckeinspritzsystem ausreicht.

An dieser Stelle meine Frage: "Dimethylether hat nur die Hälfte der Energiedichte von Diesel, was ein höheres Einspritzvolumen (1-8fach) sowie eine längere Einspritzdauer zur Folge hat. Die Reichweite ggü. Dieselfahrzeugen wird dadurch limitiert." so heißt es im Text.

Warum benutzt man denn ein Niederdruckeinspritzsystem, wenn man doch eigentlich die Einspritzdauer möglichst kurz halten möchte? Oder hat das damit überhaupt nichts zutun?

Es geht doch sicherlich darum, dass möglichst eine ähnliche Energie erzeugt werden muss, wie im Dieselfahrzeug, um den gleichen Antrieb oder gleiche Geschwindigkeit zu erreichen. Wenn DME nur halb so viel Energie wie Diesel hat, muss ich eben mehr Kraftstoff in die Zündkammer einspritzen. Warum nimmt man dann also kein Hochdruckeinspritzsystem? Damit bekomme ich doch viel mehr Kraftstoff in die Kammer?

Vielen Dank in Voraus,

ich hoffe die Frage ist nicht zu blöd.

Besten Gruß,

Joe

Beste Antwort im Thema

Moin,

schönen Dank für die schnellen Antworten. Hab alles soweit verstanden!

Zitat:

Original geschrieben von Provaider

Eine Hochdruckeinspritzpumpe für Diesel ist ein sehr emindliches Bauteil das durch Diesel geschmiert wird, d.h. muss DME auch die nötige schmierwirkung mitbringen. Hat es das?

DME und Methanol sind beide sehr polar und werden daher als Lösemittel eingesetzt. Diesel ist hingegen unpolar, da es aus langkettigen Alkanen aufgebaut ist. D.H. Methanol und DME haben gar keine Schmierwirkung, ganz im Gegenteil. Im Methanolmotor wäscht der der Methanol das Öl sogar von den Motorteilen ab und die Schmierung geht verloren. Da sind die Chemiker im Moment am forschen, passende Schmieröle zu entwickeln, die auch von polaren Kraftstoffen nicht abwaschbar sind.

Besten Dank!

Joe

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Eine Hochdruckeinspritzpumpe für Diesel ist ein sehr emindliches Bauteil das durch Diesel geschmiert wird, d.h. muss DME auch die nötige schmierwirkung mitbringen. Hat es das? k.a. ich bin kein Chemiker ;) In der DIN EN 590 findest du den HFFR Test um genau diese mindestschmierung zu erreichen.

so ne Pumpe liegt im bereich von 1000€ und mehr als Neuteil.

Früher als man noch Drosselzapfendüsen udn drück von 300Bar hatte waren die Einspritzpumpen unempfindlicher, d.h. kann man diese Fahrzeuge leichter auf andere Kraftstoffe umstellen.

Pro 100bar muss man etwas 1g CO2 auf 100km im NEFZ rechnen. d.h. wird nur dann der Druck erhöht, wenn der Verbrauch auch dabei sinkt! Oder die Schadstoffe sich veringern und damit andere teure Abgasnachbehandlungkomponente wegfallen können.

Mehr Kraftstoff kann ich einfach durch Größere Düsen erreichen, da brauch ich am Druck nicht drehen.

Hochdruckeinspritzung ist mehr für feinere Zerstäubung und somit bessere Abgaswerte zuständig . Um die doppelte Kraftstoffmenge in den Zylinder zu bekommen müsstest Du bei gleicher Dimensionierung der Düsen aber den 4fachen Druck aufbringen . Das wird die Pumpe nicht mitmachen . Folgerung :Querschnitte vergrößern . ( ca. doppelte Querschnittsfläche ) Vorraussetzung Reynoldszahlen und Viskosität des Kraftstoffs ist ähnlich .

Gruß : Rostklopfer

Moin,

schönen Dank für die schnellen Antworten. Hab alles soweit verstanden!

Zitat:

Original geschrieben von Provaider

Eine Hochdruckeinspritzpumpe für Diesel ist ein sehr emindliches Bauteil das durch Diesel geschmiert wird, d.h. muss DME auch die nötige schmierwirkung mitbringen. Hat es das?

DME und Methanol sind beide sehr polar und werden daher als Lösemittel eingesetzt. Diesel ist hingegen unpolar, da es aus langkettigen Alkanen aufgebaut ist. D.H. Methanol und DME haben gar keine Schmierwirkung, ganz im Gegenteil. Im Methanolmotor wäscht der der Methanol das Öl sogar von den Motorteilen ab und die Schmierung geht verloren. Da sind die Chemiker im Moment am forschen, passende Schmieröle zu entwickeln, die auch von polaren Kraftstoffen nicht abwaschbar sind.

Besten Dank!

Joe

Mahlzeit!

Mit Niederdrucksystem sind wahrscheinlich Motoren mit indirekter Einspritzung gemeint, typische Vertreter wären Mercedes mit den alten Vorkammerdieseln oder z.B. VW mit Wirbelkammern.

Der Kraftstoff wird dort in eine separate Kammer eingespritzt, entzündet sich dort und vermischt sich dadurch sehr gut mit der zur Verfügung stehenden Luft, dann (naja, natürlich auch gleichzeitig) strömt das schon brennende Gemisch in den Hauptbrennraum, dabei wird es weiter durchmischt und verbrennt so recht gut und relativ rußfrei; die Verwirbelung / Verteilung des Kraftstoffes erfolgt zum einenl durch die Zerstäubung der Einspritzdüse, zum anderen durch die Verbrennungsluft und darin auftretenden Strömungen.

Die Einspritzdüsen solcher Motoren öffnen bei 120 - 160 bar, durch versch. hydraulische Effekte liegen dann bei Einsprutzung 300 - 500 bar an.

Bei direkt einspritzenden Motoren wird der Kraftstoff direkt in den Hauptbrennraum eingespritzt, damit sich der Kraftstoff feingenug verteilen kann so daß wirklich jedes Kraftsoffteilchen auch die entsprechende Menge Luft bekommt um vollständig zu verbrennen muß die Zerstäubung an der Einspritzdüse deutlich besser sein, es werden außerdem auch "Zonen" ausgebildet in die gezielt eingespritzt wird (die Düse erzeugt 3 - x Strahlen).

(Es wird natürlich auch noch durch die Luft mit verteilt, das kostet aber wieder Energie bzw. verursacht bei höheren Drehzahlen Drosselverluste)

Um das zu erreichen und auch weil die Düsenbauart komplett anders ist muß mit mehr Druck eingespritzt werden. Die Öffnungsdrücke der Düsenn (oder auch, je nach System Injektoren) geht bei ca. 190 bar los, vor der Düse liegen dann aber 600 bar aufwärts an.

Pi mal Auge Grundregel: Je mehr Druck desto feiner kann man zerstäuben.

Um die immer mehr steigenden Anforderungen der immer neuen Abgasnormen einzuhalten hat man in den letzten Jahren den Einspritzdruck immer mehr erhöht, inzwischen sind über 2000 bar gängig.

Die Einspritzdauer hat mit dem verwendeten System nichts zu tun, die Durchflußmengen der Düsentypen sind unterschiedlich.

Inwieweit DME sich entsprechend selbstständig mischt muß man sicher rausmessen.

Mal ne kurze Überlegung:

Verdampft DME bei den Bedingungen im Brennraum sofort (Phasendiagramm)?

Und wenn, kann man dann sofort davon ausgehen daß sich das Zeug so gut mit der Luft vermischt daß es vollständig verbrennen kann? Ich glaube nicht, rechne doch einfach mal durch wieviel Zeit dafür zur Verfügung steht.

Bedingungen im Bremmraum sollte man ergoogeln können, als kurze Überlegung mal soviel:

Verdichtet wird ein aktueller Diesel auf 1:16 - 1:18

Füllungsgrad als Sauger ca. 0,8, als Turbo bei vollem Ladedruck 1,5 - 3

Kannst Du sicher schon rechnen.

Als Motorenkonzept wird man ziemlich sicher einen Direkteinspritzer wählen, einfach deswegen weil der immer einen besseren Wirkungsgrad hat als ein indirekt einspritzender Motor (Stichworte: Wärmeverluste wg. höherer Wandfläche größer, Drosselverluste wenn Gas in Nebenkammer muß / aus Nebenkammer kommt, ...), beim Einspritzsystem wird man ins Regal greifen und das nehmen was da ist, evtl. anpassen, das ist dann ziemlich sicher ein Hochdrucksystem, da gibts aktuelle alle Komponenten "billig" aus Serienproduktion.

Leiser verbrennen bezweifle ich, durch die höhere Cetanzahl zündet das Gemisch wahrscheinlich deutlich besser kpl. durch, das gibt eine "Rumms" den man sicher gut als Nageln hört.

Nachdem das bei den bisherigen Dieselmotoren auch schon stört spritzt man einen winzige Menge Kraftstoff schon vor der Hauptmenge ein, die entzündet sich und zündet dann rel. langsam den dann in der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff an.

(Blöd gesagt, stell Dir ne Tüte vor, aufblasen, ein paar Tropfen Benzin oder Spiritus rein schütteln, Feuerzeug dran....Bumm! Oder: Stell ne Kerze hin, zünd sie an und sprüh aus der Blumenspritze nen Kraftstoffnebel drauf....Stichflamme aber kein Bumm).

Nennt sich Voreinspritzung, gibt versch. Methoden das zu realisieren.

für verschiedene Abgassachen oder Lärmsachen gibts auch noch Systeme die in deutlich mehr Teilmengen einspritzen.

Um das Mehr an Menge einzuspritzen kann man entweder den Durchfluß der Düse erhöhen, darunter leidet aber evtl. die Zerstäubung oder die Einspritzzeit verlängern wobei das nur in nem gewissen Rahmen sinnvoll ist, zum einen sinkt der Wirkungsgrad (Thermodramatik, solltest Du schon gehabt haben oder noch lernen, Kreisprozesse....ehrlich gesagt, ich kanns nicht genau erklären), zum anderen leidet irgendwann der Motor weil nicht mehr an genau definierten Stellen im Bremmraum verbrannt wird und so das ein oder andere Teil zuviel Wärme abbekommt.

Reicht das?

ciao, Jockel

Zitat:

Original geschrieben von jockelSZJ

Leiser verbrennen bezweifle ich, durch die höhere Cetanzahl zündet das Gemisch wahrscheinlich deutlich besser kpl. durch, das gibt eine "Rumms" den man sicher gut als Nageln hört.

Nein. Nageln tritt eher bei hohem Zündverzug auf. Kann jeder Dieselfahrer selbst ausprobieren - Kaltstart genügt.

Die entsprechenden Systeme sind von Volvo längst im Einsatz.

Ebenso von einigen Chinesischen Herstellern.

Volvo --> http://www.google.de/imgres?...

Der Umbau ist recht einfach und ab Werk sogar günstiger, weil ein Großteil der Abgasreinigung entfallen kann.

Im Übrigen ist auch Ethylether (aus Ethanol) verwendbar, sowie jeder gemischte Ether bis C5. Sehr interessant sind Polyether, weil flüssig, mit diesen wäre sogar die bestehende Infrastruktur nutzbar, weil Dampfdruck wie Diesel einstellbar.

Gruß SRAM

Mahlzeit!

Zitat:

Original geschrieben von 0MGQoNDYjZ

Zitat:

Original geschrieben von jockelSZJ

Leiser verbrennen bezweifle ich, durch die höhere Cetanzahl zündet das Gemisch wahrscheinlich deutlich besser kpl. durch, das gibt eine "Rumms" den man sicher gut als Nageln hört.

Nein. Nageln tritt eher bei hohem Zündverzug auf. Kann jeder Dieselfahrer selbst ausprobieren - Kaltstart genügt.

Ähhh ja. Stimmt. Peinlich.

Danke für die Berichtigung.

ciao, Jockel

Zitat:

Warum benutzt man denn ein Niederdruckeinspritzsystem, wenn man doch eigentlich die Einspritzdauer möglichst kurz halten möchte?

Weil du dir anschauen möchtest, welche Aufgabe das Einspritz-System hat. Es soll den Kraftstoff theoretisch schneller verteilen, als dieser sich praktisch erwärmen und dadurch an der Oberfläche abbrennen kann. Es soll möglichst viel Oberfläche erzeugt werden. Rate mal was bei hohem Dampfdruck des Dimethylether passiert. Mehr als "ausreichend verteilt" gibts nicht. Man kann DME & Co auch zu Diesel beimengen (gelöst), damit diese Bestandteile bei der Zerstäubung helfen. Diese Funktion kann übrigens auch Wasser im Diesel (Emulsion) erfüllen ;)

Grüsse eines anderen Chemikers, aber mit Schwerpunkt 'Verfahrenstechnik' ;)

Gary, du bringst mich da auf eine Idee: DME könnte man im Rail leicht auf überkritische Temperatur bringen --> eine bessere Einspritzung kann ich mir schwerlich vorstellen ;)

 

Gruß SRAM

Diemethylether siedet bei - 24°C, noch ehe es mit dem Diesel in Kontakt ist, beginnt es auszugasen..

Davon wird nichts im Brennraum ankommen..

Der heutige handelsübliche Winterdiesel ist nur noch bis Minus 20 Grad frostsicher, wenn der nun durch ausgasen des Dimethylehers vereist wird, gibts Probleme.

Diesel versulzt, der Dimetyhlether gast in der Enspritzpumpe aus und lässt sie trocken laufen. Das macht weder die Pumpe mit, noch hält das der Filtereinsatz lange aus.

Bitte Raoult’sches Gesetz pauken, dann wieder posten.

Danke !

 

SRAM

Zitat:

Original geschrieben von Hartgummifelge

Diemethylether siedet bei - 24°C, noch ehe es mit dem Diesel in Kontakt ist, beginnt es auszugasen..

Davon wird nichts im Brennraum ankommen..

Der heutige handelsübliche Winterdiesel ist nur noch bis Minus 20 Grad frostsicher, wenn der nun durch ausgasen des Dimethylehers vereist wird, gibts Probleme.

Diesel versulzt, der Dimetyhlether gast in der Enspritzpumpe aus und lässt sie trocken laufen. Das macht weder die Pumpe mit, noch hält das der Filtereinsatz lange aus.

Lass mich raten: Du bist kein Chemiker? ;-)

Ich bin Chemielaborant und fraktionierte Destillatonen, die damit im Tank passieren sind mir nicht fremd.

Wenn der Dimethyleher zugegeben wird, ist er flüssig..

Verdampfungskälte unter Normaldruck lässt ihn auf Siedetemperatur abkühlen.

....sieh dir einfach mal den Propan- und Butangehalt von ganz normalem Benzin an. Vieleicht geht dir dann ja ein Licht auf......

 

Gruß SRAM

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