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Ventilkühlung bei Direkteinspritzern (Benzin)
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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48 Antworten
ich kenn das nur vom königstiger, da wurde auch kraftstoff zur kühlung eingespritzt.
Zitat:
Original geschrieben von Friesel
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.
Vollastanreicherung nutzt den Effekt daß ein fettes Gemisch schneller abbrennt. Schau mal in den Blog von GaryK da ist das sehr gut erklärt.
Gruß Metalhead
Zitat:
Und nicht umsonst würden einige Rennserien mit Methanol fahren, der Kühleffekt ist nochmals höher als Benzin, da mehr eingespritzt wird.
Moin
Björn
Wobei es dabei meiner Meinung nach im Rennsport eher darum geht, durch die Verdunstungskälte das Gemisch abzukühlen, damit schlicht mehr in den Zylinder passt (kaltes Gas hat bei gleichem Druck ein geringeres Volumen). Durch dieses Mehr an Gemisch wird aber die Verbrennungsendtemperatur sogar erhöht.
Der Stoff kühlt aber nicht durch Mehreinspritzung so gut, sondern die Verdampfungsenthalpie ist wegen der polaren OH-Gruppen im Molekül ein vielfaches höher als von Benzin. Das bedingt die gute Kühlwirkung.
Gruß Tobias
Moin
@metalhead
Gemacht, interessant zu lesen. Wer sagt jetzt meinem Hirn mit alten Zöpfen zu brechen.....
Was mich wundert:
Unser Monteur sagt bei Gasmotoren (BHKWs) das er anfetten muß um wärmere Abgase zu bekommen, abmagern um sie abzukühlen. Per Definition sollen sie (Mit Gutachten) bei Lambda eins laufen...
Bisher habe ich das auf den Umstand Gas ist anders gelegt, jetzt bricht aber Garys Block gerade damit. Kann mir das einer erklären? Handelt sich um Biogas, 50% Methan 40 % Co2.
@Spezialwide
Meine Anzeigen waren, eher mau, Cockpit halt. Dennoch bin ich der Meinung das E85 auch in meinem guten alten Bus kälter verbrannte. Zu merken an der langsamer steigenden Temperatur. Oder sehe ich das falsch?
Natürlich wurde da, um die gleiche Leistung zu bekommen, und Lambda um eins, mehr eingespritzt.
Moin
Björn
Zitat:
Meine Anzeigen waren, eher mau, Cockpit halt. Dennoch bin ich der Meinung das E85 auch in meinem guten alten Bus kälter verbrannte. Zu merken an der langsamer steigenden Temperatur. Oder sehe ich das falsch?
Natürlich wurde da, um die gleiche Leistung zu bekommen, und Lambda um eins, mehr eingespritzt.
Moin
Björn
Jaaa, da hast du Recht, denn: Du bekommst bei einem normalen PKW-Motor, der nicht wie ein Rennmotor auf höchstmögliche Leistung sondern auf möglichst gute Abgaswerte und Lebensdauer aus physikalischen Gründen nicht die gleiche Leistung heraus wie im Benzinbetrieb. Der Kühlwassertemperaturanstieg ist ein Maß für die im Mittel umgesetzte Leistung. Dabei kann die kurzzeitige Gastemperatur im Moment der Züngung durchaus höher sein. Durch die thermische Trägheit merkst du das nicht. Das ist aber im PKW-Motor nicht der Fallm, das stimmt schon. Dort verbrennt das Ehthanol sogar kälter.
Gruß Tobias
Zitat:
Original geschrieben von metalhead79
Zitat:
Original geschrieben von Friesel
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.
Vollastanreicherung nutzt den Effekt daß ein fettes Gemisch schneller abbrennt. Schau mal in den Blog von GaryK da ist das sehr gut erklärt.
Gruß Metalhead
Jein!
Eine maßvolle Anfettung bringt etwas mehr Drehmoment, aber tatsächlich wird zum sogenannten Bauteilschutz (Krümmer, Turbolader) schlicht, simpel und einfach Benzin in den Motor gekippt, welches die Bauteile kühlt.
Es gibt mehrere Arten der Einspritzung:
Single-Point:
Wirkt wie eine Vergasereinspritzung mit einer getakteten Düse
Hierbei wird die Luft durch den "Igel" (Heizung) angewärmt um einer Vereisung vorzubeugen.
Multi- Point:
Hier wird das Benzin tatsächlich gegen das geschlossene Ventil gespritzt
Die Verdampfungskälte "kühlt" die Ventile
(Friesel, das solltest du eigentlich kennen!)
Direkteinspritzung:
Hier wird das Benzin unter Hochdruck direkt in den komprimierten Brennraum gedrückt.
Hierbei kühlt die Hochdruckdüse stark ab.
Sämtliche komprimierten Flüssigkeiten, auch flüssige Gase, die unter hohem Druck durch eine Düse strömen und dann zu einem Gas expandieren können verhalten sich endothem- sie nehmen Energie auf. Dadurch kühlt die Düse stark ab.
Zitat:
Sämtliche komprimierten Flüssigkeiten, auch flüssige Gase, die unter hohem Druck durch eine Düse strömen und dann zu einem Gas expandieren können verhalten sich endothem- sie nehmen Energie auf. Dadurch kühlt die Düse stark ab.
Dazu aber mal die Frage: Fängt denn der Kraftstoff schon innerhalb der Düse an zu verdampfen? Ich dachte immer der kommt flüssig aus der Düse heraus und verdampft erst in der Verbrennungsluft. Dort würde dann der Wärmeentzug stattfinden. In diesem Fall wäre die Kühlwirkung an der Düse ja nur durch den Durchfluss des kühleren Kraftstoffes bedingt. Flüssigkeiten setzen ja bei Druckänderung wegen ihrer Inkompressibilität keine Wärme um.
Gruß Tobias
Zitat:
Original geschrieben von Spezialwidde
Zitat:
Und nicht umsonst würden einige Rennserien mit Methanol fahren, der Kühleffekt ist nochmals höher als Benzin, da mehr eingespritzt wird.
Moin
Björn
Wobei es dabei meiner Meinung nach im Rennsport eher darum geht, durch die Verdunstungskälte das Gemisch abzukühlen, damit schlicht mehr in den Zylinder passt (kaltes Gas hat bei gleichem Druck ein geringeres Volumen). Durch dieses Mehr an Gemisch wird aber die Verbrennungsendtemperatur sogar erhöht.
Der Stoff kühlt aber nicht durch Mehreinspritzung so gut, sondern die Verdampfungsenthalpie ist wegen der polaren OH-Gruppen im Molekül ein vielfaches höher als von Benzin. Das bedingt die gute Kühlwirkung.
Gruß Tobias
Bei den Rennserien wird IMHO wegen der abartig hohen Klopffestigkeit mit Methanol gefahren (da kommt kein Super-Plus-Ultimate-V-Power-Max-Irgendwas-Gedöns dran).
Gruß Metalhead
Zitat:
Original geschrieben von Friesel
Was mich wundert:
Unser Monteur sagt bei Gasmotoren (BHKWs) das er anfetten muß um wärmere Abgase zu bekommen, abmagern um sie abzukühlen. Per Definition sollen sie (Mit Gutachten) bei Lambda eins laufen...
Bisher habe ich das auf den Umstand Gas ist anders gelegt, jetzt bricht aber Garys Block gerade damit. Kann mir das einer erklären? Handelt sich um Biogas, 50% Methan 40 % Co2.
Das trifft zumindest bei Benzin und LPG nicht zu. Wenn die Einspritzdüsen verdreckt sind und die Töpfe zu mager laufen geht die Abgastemeratur hoch und die Ventile brennen ab (dazu gibt's haufenweise Bilder und Infos im Netz).
Vollastanfettung wird ja auch genutz um die Abgastemperaturen nach unten zu kriegen.
Bei CNG funktioniert das aber IMHO nicht mehr (ob es sich allerdings genau umgedreht verhält kann ich nicht sagen).
Gruß Metalhead
Zitat:
Original geschrieben von Rael_Imperial
Zitat:
Original geschrieben von metalhead79
Vollastanreicherung nutzt den Effekt daß ein fettes Gemisch schneller abbrennt. Schau mal in den Blog von GaryK da ist das sehr gut erklärt.
Jein!
Eine maßvolle Anfettung bringt etwas mehr Drehmoment, aber tatsächlich wird zum sogenannten Bauteilschutz (Krümmer, Turbolader) schlicht, simpel und einfach Benzin in den Motor gekippt, welches die Bauteile kühlt.
Das schein die vorherschende Meinung zu sein (auch unter KFZlern).
Gibt allerdings einige Threads hier in der ausgerechnet wird wie viel Energie Benzin beim Verdampfen aufnehmen kann.
Lese mal das hier .
Gruß Metalhead
Zitat:
Original geschrieben von Schreckschraubaer
Multi- Point:
Hier wird das Benzin tatsächlich gegen das geschlossene Ventil gespritzt
Die Verdampfungskälte "kühlt" die Ventile
(Friesel, das solltest du eigentlich kennen!)
Von Außen gegen das Einlaßventil aber das Auslaßventil hat doch davon nix.
Gruß Metalhead
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.
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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.
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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.
Zitat:
Original geschrieben von metalhead79
Zitat:
Original geschrieben von Schreckschraubaer
Multi- Point:
Hier wird das Benzin tatsächlich gegen das geschlossene Ventil gespritzt
Die Verdampfungskälte "kühlt" die Ventile
(Friesel, das solltest du eigentlich kennen!)
Von Außen gegen das Einlaßventil aber das Auslaßventil hat doch davon nix.
Gruß Metalhead
Warum nicht? Schon mal was von Wärmeleitfühigkeit bei Metallen gehört?
Mich wunder das hier noch keiner die Auslassventilkühlung durch Ventilüberschneidung genannt hat. Das ist aber nicht mit Kraftstoff sondern Luft!