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Ventilkühlung bei Direkteinspritzern (Benzin)

Themenstarteram 23. Oktober 2013 um 13:32

Hi,

Bin im Gasforum auf die Aussage gestoßen daß Benzindirekteinspritzer (oder zumindest einige) Benzin zur Kühlung der Ventile einsetzen.

Hier werden die geöffneten Ventile zwecks Kühlung vom Injektor direkt "angepinkelt".

Beim Einlaßventil hätte ich damit ja auch keine Probleme (wobei es hier IMHO keiner besonderen Kühlung bedarf), aber wie soll das beim Auslaßenvtil ablaufen? Da geht der Sprit doch dann direkt in den Auspuff (ausgenommen die Abgasrückführung wird über die Auslaßventile gemacht, aber zumindest bei Vollast geht das ja nicht mehr).

Kann mich dahingehend jemand von den Experten mal aufklären.

Danke.

Gruß Metalhead

Beste Antwort im Thema

Du hast ja nach Benzindirekteinspritzung gefragt und die vorgenommene Ventilkühlung. Dann fallen Multipoint, Singelpoint- einspritzungen raus, das sind Saugrohreinspritzungen.

Bei Direkteinspritzern gibt noch 2 Verfahren:a) strahlgeführt und b) wandgeführt.

Das nur zur Erklärung.

Die Frage,wie Ventile gekühlt werden ist ganz einfach zu beantworten: 1.Linie,nur durch ihren Sitz (von z.T.0,0005s Dauer) 2. Linie durch die Verdampfungswärme des Kraftstoffes, bzw. bei Direkteinspritzung nur die kühle Ansaugluft.

Bei Saugrohreinspritzungen und Vergaser wo der Kraftstoff (eigentlich eine 0-Summe energetisch betrachtet) am Einlassteller Wärme mit Verdampfen entzieht, ist das noch alles verständlich.

-

Der Unterschied mit der Bewältigung der Probleme dieses Verfahrens besteht nur in den warmfesteren Material und harten Sitzen, Sonderlegierungen, Sintermetalle mit Hartmetalleinlagerungen bei Direkteinspritzern, wie es schon seit der Bleifreiära usus ist. M.a.W. die halten das eben aus. Bei Einlassventilen oft günstige CrSiW -legierung (bis 500Grad erträglich) die härtbar ist.

Das Auslassventil hat traditionell nur diese Sitzkühlung, und war seither schon aus warmfesteren Material, seit den 1950er jahren sogar in Bimetall ausführung: Teller aus hochwarmfesten Austenit, bis zu 900Grad-also hellrot glühend problemlos, der angeschweißte Schaft aus besser gleitfähigen CrSi-stahl. Die Natriumfüllungen zur Spitzentemp.-abdeckung ist auch so pö-a-pö weggefallen. Heute sind sie aus neueren Material z.B. Nimonic und auch am Sitz gepanzert mit besonders harten (Austenit ist nicht härtbar!) Stellitmaterial.

Eine Kühlung der AV durch Anspritzen von Flüssigkeiten ist wohl wenn nur bis in die 1930er jahren bei Rennmotoren gemacht worden- also wenn überhaupt. Danach gab es die ja die Austenite.

-

Warum nun manche Gas problemlos vertragen, andere nicht hängt damit zusammen: welches Material für Ventile und -sitze nahmen die Hersteller?

Denn die Schmierfähigkeit nimmt ab in der Folge: Benzin, Alkohol, Gas.

Bei Gasmotoren die sehr 'trocken' laufen muss man also die inneren Materialien des Motors, resp. der Ventile/-sitze wissen. Bei Gas? Alles sehr hart. Denn es schmiert gar nicht, während Benzin noch etwas Schmierfähigkeit ( sehr begrenzt, aber man merkt es wenn man einen Motor umrüstet) besitzt. Schäden entstehen dann eher an den Sitzen als an Ventilen. Wenn die im Gasbetrieb nicht hart genug sind, microverschweißen die Teller mit dem Sitz, was irgendwann zu Ausbröckelungen und Undichtigkeiten führt.

 

 

 

 

 

 

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Also sowas ist mir persönlich neu, ich meine beim Saugroheeinspritzer werden die Einlassventile wohl zwangsläufig vom Benzinnebel getroffen, aber die unterliegen ja auch weniger thermischer Belastung. Selbst bei der Abgasrückführung würde das absolut keinen Sinn machen da durch diese ja eh schon die Verbrennungstemperatur gesenkt wird.

Die andere Sache ist, im Moment der Einspritzung ist das Auslassventil ja geschlossen, dh wenn der Ventilteller angespritzt wird ginge auch kein Benzin durch den Auspuff verloren, könnte man theoretisch wohl so machen. Aber dann sehe ich Probleme mit den ständigen Temperaturschocks.

Gruß Tobias

Themenstarteram 23. Oktober 2013 um 15:01

Zitat:

Original geschrieben von Spezialwidde

Also sowas ist mir persönlich neu,

Mir auch. Heißt aber nicht, daß es das nicht gibt (wenn man so 30ct sparen kann).

Zitat:

Die andere Sache ist, im Moment der Einspritzung ist das Auslassventil ja geschlossen, dh wenn der Ventilteller angespritzt wird ginge auch kein Benzin durch den Auspuff verloren, könnte man theoretisch wohl so machen.

Ja aber wenn das Ventil kontakt zum Ventilsitz hat ist die Kühlung ja ohnehin besser.

Angeblich wird das bei offenem Ventil gemacht und darum frag ich hier mal nach.

Gruß Metalhead

Ich kanns mir technisch eben in keiner Weise vorstellen. Grund: Jeder Benziner hat einen Kat. Und wie bekannt ist ist der sehr empfindlich gegen unverbrannten Kraftstoff, da wird er sofort beschädigt (deshalb darf/sollte man ja auch nicht mit defekter Zündung starten oder anschleppen). Selbst mit Abgasrückführung muss ja ein gewisser Anteil vom Abgas durch den Auspuff raus, sonst könnte der Motor nicht laufen. Und dann hätte man ja absichtlich unverbrannten Kraftstoff im Abgas. Geht meiner Meinung also gar nicht.

Gruß Tobias

Themenstarteram 23. Oktober 2013 um 17:23

Zitat:

Original geschrieben von Spezialwidde

Geht meiner Meinung also gar nicht.

Hi,

da sind wir schon zu zweit.

Warten wir mal ab was die Experten hier dazu sagen.

Gruß Metalhead

Hi,

kann es sein das du das falsch aufgeschnappt hast?

Bei Gasumrüstungen von Direkteinspritzern wurde und wird teilweise zusätzlich zum Gas etwas Kraftstoff eingespritzt. das soll verhindern das die Einspitzdüsen zu heiß werden oder verkoken.

Inzwischen gibt es aber auch Gasanlagen die das Flüssiggas flüssig einspritzen können.

gruß Tobias

Themenstarteram 23. Oktober 2013 um 18:53

Zitat:

Original geschrieben von Turbotobi28

kann es sein das du das falsch aufgeschnappt hast?

Glaube nicht, aber sag du's mir: Klick

Zitat:

Inzwischen gibt es aber auch Gasanlagen die das Flüssiggas flüssig einspritzen können.

Passiert dadurch einen nennenswerte Abkühlung? Ich glaube eigentlich nicht.

Gruß Metalhead

Von der Notwendigkeit der Kühlung von Einlassventilen habe ich noch nie was gehört. Besonders hoch belastete Auslassventile (und somit bei weitem nicht in jedem Motor, weil teuer) werden hohl ausgeführt und zu 2/3 mit Natrium gefüllt. Das wird ab ca. 100 Grad flüssig und im Betrieb im Ventil hin- und her geschüttelt. Dadurch führt es die Wärme vom Ventilteller in den kühleren Schaft ab (deutlich mehr als der natürliche Wärmeübergang in dem Bauteil. Das bringt knapp -100 Grad C an den gefährdetsten Bereichen des Ventils. Zudem werden Ventile zur Verschleißminderung und auch gleichmäßigen Verteilung der Hot Spots so angelenkt, dass sie sich bei jedem Hub minimal drehen.

Wenn bei einem Direkteinspritzer der Kraftstoffnebel richtung (geschlossenes) Auslassventil gerichtet ist, kann der Teil des Nebels, der mit dem Auslassventilteller in Berührung kommt, diesem durch Verdunstung Wärmeenergie entziehen. Ich denke das wird, wo es nötig und möglich ist auch genutzt. Aber allein schon von den denkbaren Einbaulagen der Einspritzventile und den Erfordernissen an den "Kraftstoffstrahl", welche dem Verbrennungsverfahren geschuldet sind, wird hier nicht sehr viel Spielraum zugunsten der Kühlung des Auslassventils sein.

Themenstarteram 23. Oktober 2013 um 19:03

Zitat:

Original geschrieben von isaucheinname

Von der Notwendigkeit der Kühlung von Einlassventilen habe ich noch nie was gehört. Besonders hoch belastete Auslassventile (und somit bei weitem nicht in jedem Motor, weil teuer) werden hohl ausgeführt und zu 2/3 mit Natrium gefüllt. Das wird ab ca. 100 Grad flüssig und im Betrieb im Ventil hin- und her geschüttelt. Dadurch führt es die Wärme vom Ventilteller in den kühleren Schaft ab (deutlich mehr als der natürliche Wärmeübergang in dem Bauteil. Das bringt knapp -100 Grad C an den gefährdetsten Bereichen des Ventils. Zudem werden Ventile zur Verschleißminderung und auch gleichmäßigen Verteilung der Hot Spots so angelenkt, dass sie sich bei jedem Hub minimal drehen.

Danke. Das kenn ich auch so, vermutlich wird da auch wieder nur versucht ein paar Euronen am mehrere 10k€ teuren Auto zu sparen.

Gruß Metalhead

Edit:

Hab grad einige Seiten über Direkteispritzer und deren Brennverfahren gelesen.

Demnach meine ich jetzt, dass man die Kühlung der Auslassventile durch den Kraftstoffspray vergessen kann. Ich hab nur eine einzige Motorenfamilie gefunden, wo der Spray direrkt auf das Auslassventil gerichtet ist: Es sind die Mercedes Rennmotoren der 50er Jahre, evtl. gehört auch der 300 SL dazu. Aber bei diesen Motoren ist das Einspritzventil nicht im Zylinderkopf untergebracht, sondern gegenüber des Auslassventils in der Zylinderwand.

Bei heutigen Motoren ist ausschließlich das Brennverfahren, die Strömungsverhältnisse beim Gaswechsel und das rechtzeitige Erreichen eines zündfähigen Gemischs der Zündfunkenregion entscheidend.

Ein Motor ohne Kühlung des Auslassventils durch den Kraftstoffspray ist also die Regel und sollte kein Hindernis für einen Gasumbau darstellen, da sicher alle anderen im Gasbetrieb bewährten Motoren auch nicht darüber verfügen.

Die hohe Klopffestigkeit der Gaskraftstoffe schont die Auslassventile übrigens insofern, als die Zündung von den Klopfsensoren weniger (eher gar nicht) richtung "spät" verstellt wird um ein Klopfen zu unterbinden. Spätzündung bedingt naturgemäß hohe Abgastemperaturen. Ob Ottomotoren im Gasbetrieb allerdings ohnehin höhere Abgastemperaturen haben entzieht sich meiner Kenntnis.

Moin

Wie schon weiter oben beschrieben, spätestens der KAT verhindert eine direkte Ansprühung der Auslaßventile, da diese ja nur statt finden kann wenn sie geöffnet sind.

 

Gas verbrennt in sofern wärmer, als das es eben nicht "vergast" beim einspritzen. Das ist wohl auch oftmals das Problem der Auslaßventile. Einer der Gründe für zum einen FlashLoop, und zum anderen der Umschaltung der meisten Gas-Anlagen auf Benzin, wenn man Vollgas gibt.

Ob Mercedes deshalb einfach immer ein wenig Benzin mit einspritzt, um eine bessere Kühlung zu haben, keine Ahnung.

Heutige Gasanlagen sind aber in keinster Weise mehr mit den alten zu vergleichen. Früher war es ein gern genommenes Problem das man zu mager und damit zu heis verbrennt, das gibt es heute eigentlich, auch dank KAT, nicht mehr (Kat natürlich nur in Verbindung mit Lambda ;-) )

Moin

Björn

Zitat:

Hier werden die geöffneten Ventile zwecks Kühlung vom Injektor direkt "angepinkelt".

Doppelfehler:

- geöffnete Ventile werden nicht von innen "angepinkelt" weil diese beim Direkteinspritzer zum Zeitpunkt der Einspritzung geschlossen sind

- der Wandkontakt (und damit auch der Kontakt mit den Ventilen) wird unter allen Umständen gemieden, weil dann der Treibstoff an der Wand nur verzögert verdampft und / oder sogar vercrackt und dabei Ruß / Koks bildet.

 

Gruß SRAM

Zitat:

Original geschrieben von SRAM

Zitat:

Hier werden die geöffneten Ventile zwecks Kühlung vom Injektor direkt "angepinkelt".

Doppelfehler:

- geöffnete Ventile werden nicht von innen "angepinkelt" weil diese beim Direkteinspritzer zum Zeitpunkt der Einspritzung geschlossen sind

- der Wandkontakt (und damit auch der Kontakt mit den Ventilen) wird unter allen Umständen gemieden, weil dann der Treibstoff an der Wand nur verzögert verdampft und / oder sogar vercrackt und dabei Ruß / Koks bildet.

 

Gruß SRAM

... und zu erhöhten HC-Emissionen führt!

Die Vermeidung der Wandbenetzung ist eine der großen Herausforderungen bei der Entwicklung von (mageren) direkteinspritzenden Brennverfahren. VW hat es ja mal eine zeitlang mit wandgführten Verfahren versucht, aber das "S" beim FSI hat ja längst seine ursprüngliche Bedeutung verloren.

Das war der große Erfolg von BMW, deren luftgeführtes Verfahren in der Serie gut funktioniert (N43, 53, ...).

Ich denke auch, dass es um die Kühlung der Einspritzventile (Injektoren) geht, da diese im Gasbetrieb nicht mehr gekühlt werden.

Themenstarteram 24. Oktober 2013 um 8:37

Zitat:

Original geschrieben von Friesel

Gas verbrennt in sofern wärmer, als das es eben nicht "vergast" beim einspritzen. Das ist wohl auch oftmals das Problem der Auslaßventile. Einer der Gründe für zum einen FlashLoop, und zum anderen der Umschaltung der meisten Gas-Anlagen auf Benzin, wenn man Vollgas gibt.

Der Kühlungseffekt des verdampfenden Benzins ist vernachlässigbar.

LPG brennt auch nicht (oder nur vernachlässigbar) heißer als Benzin.

Zitat:

Original geschrieben von SRAM

Doppelfehler:

- geöffnete Ventile werden nicht von innen "angepinkelt" weil diese beim Direkteinspritzer zum Zeitpunkt der Einspritzung geschlossen sind

Das denke ich mir ja auch, darum hab ich ja hier nachgefragt.

Man kann keine geöffnetes Auslaßventil von innen her mit Benzinspray kühlen (Einlaß ja, macht aber IMO keinen Sinn).

Zitat:

- der Wandkontakt (und damit auch der Kontakt mit den Ventilen) wird unter allen Umständen gemieden, weil dann der Treibstoff an der Wand nur verzögert verdampft und / oder sogar vercrackt und dabei Ruß / Koks bildet.

Stimmt, das hatte ich noch gar nicht bedacht (vor allem wenn der Motor noch kalt ist (Kondensationsverluste)).

Gruß Metalhead

Moin

Ohne jetzt empirische Werte zu haben, aber so zu vernachlässigen scheint es nicht zu sein. Nicht umsonst würde sonst die Volllastanreicherung so lange überlebt haben.

Und nicht umsonst würden einige Rennserien mit Methanol fahren, der Kühleffekt ist nochmals höher als Benzin, da mehr eingespritzt wird.

Selbiges gilt für Ethanol.

Es geht nicht darum das die Verbrennung heiser ist, es geht darum das die Anfangstemperatur geringer ist, und dadurch auch die Endtemperatur.

Moin

Björn

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