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.
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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.
48 Antworten
und wenn es angeblich nicht an fehlender kühlung durch kraftstoffverdampfung liegt sondern nur an fehlerhaften einbau bei gasnachrüstungen, warum hatten dann so viele werks CNG probleme mit den köpfen? schlampige werkskonstruktion?
Zitat:
Mich wunder das hier noch keiner die Auslassventilkühlung durch Ventilüberschneidung genannt hat. Das ist aber nicht mit Kraftstoff sondern Luft!
Die setzt aber Aufladung vorraus, die ist bei Benzinern nicht immer gegeben.
Gruß Tobias
Zitat:
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.
Weil Methan als Sonderfall etwas anders abbrennt als normale Kohlenwasserstoffketten. Siehe
http://data.motor-talk.de/.../...gaskraftstoffe-234176278762552195.jpg.... Phi ist 1/Lambda. Und CO2 hat natürlich ebenfalls einen Einfluss auf die Verbrennungskinetik. So tief stecke ich allerdings nicht drin um das auch noch rechnen zu können.
Zitat:
Original geschrieben von Spezialwidde
Die setzt aber Aufladung vorraus, die ist bei Benzinern nicht immer gegeben.Zitat:
Mich wunder das hier noch keiner die Auslassventilkühlung durch Ventilüberschneidung genannt hat. Das ist aber nicht mit Kraftstoff sondern Luft!
Gruß Tobias
Aber 90% der aktuell verkauften DI haben eine Aufladung 😉 Mir Fällt gerade nur Mazda ein die keine Aufladung haben.
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Zitat:
Original geschrieben von Schreckschraubaer
Warum nicht? Schon mal was von Wärmeleitfühigkeit bei Metallen gehört?Zitat:
Original geschrieben von metalhead79
Von Außen gegen das Einlaßventil aber das Auslaßventil hat doch davon nix.
Wärmeleitf
ähigkeit? Dann ja, aber was brings die paar gramm Einlaßventil zu kühlen und zu hoffen daß sich das auf die Auslaßventile überträgt (dazwischen ist doch der Kopf und der ist viel einfacher zu kühlen).
Zitat:
Original geschrieben von Proavider
Mich wunder das hier noch keiner die Auslassventilkühlung durch Ventilüberschneidung genannt hat. Das ist aber nicht mit Kraftstoff sondern Luft!
Während des Ansaugens die Auslaßventile offen lassen und Ladeluft vom Turbo durchsausen lassen?
Schreit dann nicht die Lambdasonde um hilfe (Sauerstoffüberschuß)?
Kostet doch außerdem ganz gut Leistung (es sei denn natürlich mann erhöht vorher den Ladedruck entsprechen).
Gruß Metalhead
Zitat:
Original geschrieben von metalhead79
Während des Ansaugens die Auslaßventile offen lassen und Ladeluft vom Turbo durchsausen lassen?Zitat:
Original geschrieben von Proavider
Mich wunder das hier noch keiner die Auslassventilkühlung durch Ventilüberschneidung genannt hat. Das ist aber nicht mit Kraftstoff sondern Luft!
Schreit dann nicht die Lambdasonde um hilfe (Sauerstoffüberschuß)?
Kostet doch außerdem ganz gut Leistung (es sei denn natürlich mann erhöht vorher den Ladedruck entsprechen).Gruß Metalhead
ventilüberschneidung gibts auch beim sauger.
aber nicht zur Kühlung da geht es um die Füllung.
Zitat:
Original geschrieben von slv rider
und wenn es angeblich nicht an fehlender kühlung durch kraftstoffverdampfung liegt sondern nur an fehlerhaften einbau bei gasnachrüstungen, warum hatten dann so viele werks CNG probleme mit den köpfen? schlampige werkskonstruktion?
Das passiert aber auch bei grossen Dieselmotoren, wie Caterpillar D9 Planierraupen, die auf Erdgas umgestellt wurden und bei denen nach einigen Monaten die Ventile/Kopefe beschaedigt sind. Bei
Cummins-Westportsind die Koepfe von Grund auf umkonstruiert.
Ich denke ein einfaches "umstellen" ist nicht genug. Es muss von Vorneweg dafuer ausgelegt werden.
Gruss, Pete
und was hat es dann mit den gehärteten/ungehärteten ventilsitzen auf sich? wenns nur einstellungssache ist dürfte da doch nichts passieren. oder gibt es noch andere gründe als die temperaturen?
Zitat:
Original geschrieben von slv rider
und was hat es dann mit den gehärteten/ungehärteten ventilsitzen auf sich? wenns nur einstellungssache ist dürfte da doch nichts passieren. oder gibt es noch andere gründe als die temperaturen?
Das gibt microverschweißungen zwischen Ventil und Sitz aufgrund der fehlenden Additive aus dem Benzin. Dadurch trägt sich quasi der Sitz ab und das Ventilspiel wird kleiner.
Gruß Metalhead
Zitat:
Original geschrieben von Provaider
aber nicht zur Kühlung da geht es um die Füllung.
Ich hätte gedacht zur Abgasrückführung mittels variabler Nockenwelle.
Wenn beim ansaugen noch das Auslaßventil offen ist wird wieder Abgas angesaugt.
Daß Frischluft durchs Auslaßventil strömt geht ja beim Sauger eigentlich nicht (weil kein Überdruck im Ansaugtrakt ist).
Inwiefern läßt sich die Füllung denn dadurch verbessern?
Gruß Metalhead
Ja du kannst auch interne AGR damit betreiben durch zurücksaugen von Abgas, man kann Abgas in den Ansaugtrackt vorlagern und wieder ansaugen.
Wenn ich die Füllung verbessern will lass ich sehr lange den Einlass offen, damit noch durch Gasdynamische Effekte Frischgas nachgeladen wird. Der Auslass wird sehr früh geöffnet, dann spühl ich mit Frischgas das Abgas raus, bei nicht Direkteinspritzern bringt das unverbranntes Gemisch in den Auspuff. Diese ist eben diese große Ventilüberschneidung. Da solche Steurzeiten aber eher bei Rennfahrzeugen genutzt werden ist das egal, in Serie kann ich das legal nicht fahren.
Erst wenn ich mit DI komme, kann ich solche Spielereien auch im Serieneinsatz machen.
Man kann sich das eigentlich kaum vorstellen, das beide Ventile Aus-wie Einlass, eigentlich immer mehr oder weniger offen stehen in bestimmten Bereichen.
Und das seit etwa Anfang des 20.Jahrhunderts!!
Das liegt an den Erklärungen in Büchern, Fahrschulen für 4-takter ect. die wir noch im Kopf haben.
Also Überscheidungen kamen immer vor: in Rennwagen größer, in Personenwagen kleiner mit all den Zwischengrößen + Ventilhub.
Die Kühlung mit der Überschneidung da mit rein zu ziehen ist auch eine Nullrechnung, denn länger offen stehende Ventile heizen sich -länger im heißen Brennraum stehend- auf der 'anderen' Seite auch wieder höher auf. Neben dem möglichen Verlust an Frischladung.
Bei Turbomotoren, wo der gasdynamischer Rameffekt nicht diese Rolle wie bei Saugern spielt, sind die Steuerzeiten kleiner, sonst rauscht zuviel Gemisch ungenutzt in den Abgaskanal. Nur... das reingepresste Gemisch, die Luft muss nach der Verbrennung auch wieder raus. Und da hilft kein Gebläse, Lader. Da ist der gleiche Hub und die gleiche Bohrung + Drehzahl wie beim Sauger dafür verantwortlich.
Mit der Einführung (erst-wie fast immer- in der F1) der verstellbaren Nocken wo der Hub/Steuerzeiten während der Fahrt geändert werden kann, ist es möglich Mehrleistung in bestimmten Bereichen ohne Frischgasverluste wie bei herkömmlichen Nockenwellen die feste Steuerzeiten haben, anzubieten.
Aber Tatsache ist das alle Motoren diese Mehrleistung auch als Mehr-Wärme abgeben, überwiegend in den Köpfen. Und das ist das Ziel diese Wärmeverluste die zum Aufheizen führen entweder einzudämmen, oder die Kühlung als Pheripherie des Motors zu verbessern.
Darum kann es durchaus sein, das man bei Gasmotoren den ein oder anderen Kühlkanal per neuen Guss einbringen oder verlegen muss. Geschah auch schon bei Benzinmotoren.
Bis zu einem gewissen Punkt verträgt jeder Motor Mehrleistung in abzuführende Wärme. Nur wenn die Erfahrung durch try-and error zeigt das es die Ventile verbrennt, sich Sitze lockern, Köpfe verziehen so muss man da etwas ändern oder.... nicht für Gasmotoren geeignet angeben.
Zitat:
Original geschrieben von Spezialwidde
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.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.
Kaum da derSprit ja unter Druck steht, beim Benziner ca 150Bar und eh keinen Platz zum expandieren hätte. Der Sprit wird höchstens noch wärmer. Aber die kurzen Zeitspannen dürfte da nur wenige Grad ausmachen. Aber wenn der Injektor aufmacht und der Sprit verdampfen kann wird eine große Menge Wärme entzogen, was in der Kürze der Zeit auch absolut gesehen pro Arbeitstakt keine große Menge ist.
Im Motorenbau läuft immer noch Einiges nach dem Prinzip Versuch und Irrtum da die Vorgänge in den Motoren nicht annähernd vollständig bekannt sind. Deswegen versucht man bekannte Materialinen immer weiter zu optimieren und wie gelegendliche Serienfehler zeigen klappt das nicht immer Reibungslos. Aber zum Glück bekommen die Kunden die wenigsten Fehlversuche mit.
Die Luft die in den Abgasstrang geht ist nicht unnütz.
Es Kühl den ganzen Brennraum und senkt damit auch Abgastemperaturen.
Es kann den Lader auf Touren halten, den man benötigt entweder viel Energie(Hitze) oder Massenstrom damit die Turbine gute Leistung liefert.
Das Auslassventil wird mit Ladeluft gekühlt und nicht aufgewärmt, das passiert durch die Verbrennung.