Diesel Motor Gasregulierung?
Hallo Leute,
mir ist letztens aufgefallen das Dieselmotoren im Vergleich zu Ottomotoren keine Drosselklappe haben. Jetzt frag ich mich wie funktioniert die Gasregulierung dann?
4 Antworten
Die Leistungsregelung beim Dieselmotor ist Fluch und Segen zugleich.
In der Tat ist es so, dass ein Diesel ständig mit großem Luftüberschuss (extrem mager) fährt. Das Luftverhältnis λ (lambda) darf nicht unter 1,4 sinken (40% Luftüberschuss), sonst fängt er fürchterlich an zu rußen. Egal ob Leerlauf, Teillast oder Volllast, es wird immer gleich viel Luft in den Zylinder gezogen, weil es eben keine Drosselklappe gibt. Das ist notwendig, damit er beim anschließenden Komprimieren auch die Zündtemperatur erreicht. Die Leistungsregelung erfolgt dann über die eingespritzte Dieselmenge. Im Leerlauf ist die natürlich sehr gering, da kann das Luftverhältnis durchaus auch λ = 1:40 erreichen (beim Benziner immer 1:1 = zur Verbrennung genau erforderliche Luftmenge : tatsächlicher Luftenge).
Der große Vorteil liegt darin, dass keinerlei Drosselverluste an einer Klappe entstehen, weswegen speziell im Teillastbetrieb der Wirkungsgrad deutlich höher als beim Benziner ist. Der starke Abfall des Wirkungsgrades beim Benziner im Teillastbereich liegt an den ungeheuer großen Drosselverlusten durch Verwirbelungen an der Drosselklappe.
Der ganz große Nachteil, der zur Zeit ja auch zu der Diskussion im Dieselskandal führt, liegt darin, dass durch den großen Sauerstoffanteil im Abgas die Abgasreinigung enorm schwierig wird. Außerdem entstehen durch den Sauerstoffüberschuss auch Schadstoffe, die es beim Benziner so gar nicht gibt, weil der immer stöchiometrisch arbeitet. Beim Benziner sorgt die Lambda-Sonde dafür, dass das Abgas praktisch sauerstofffrei ist. Dadurch kann ein relativ einfacher Katalysator mit Platinbeschichtung eingesetzt werden, der fast alle Stickoxide unschädlich macht.
Sauerstoff im Abgas ist aber der Tod eines solchen Katalysators. Der würde überhitzen und verbrennen. Und das ist der Fluch des Diesels, dass wegen des hohen Luftüberschusses, der zu jeder Menge Sauerstoff im Abgas führt, kein einfacher Katalysator wie beim Benziner eingesetzt werden kann. Und deshalb fällt die Beseitigung von Stickoxiden beim Dieselmotor so ungeheur schwer.
Wobei der Oxydationskatalysator die Aufgabe hat, unverbrannte Kohlenwasserstoffe sowie Kohlenmonoxid zu reduzieren, was inzwischen sowohl beim Diesel als auch beim Benziner ziemlich gut gelingt.
Das große Problem ist halt immer noch das NOx, das der Oxydationskatalysator nicht wegkriegt. Der 3-Wege-Kat klassischer Ottomotoren kriegt die weg.
Bei der Entwicklung der Benziner hin Richtung besserer Wirkungsgrade durch typische Dieselmethoden, also Dirketeinspritzung und Magerbetrieb, fängt man sich aber auch die typischen Probleme des Feinstaubes und der NOx-Bildung ein. Hier kommen dann Partikelfilter und Denox-Kats zum Einsatz.
Chemisch gesehen ist es eine Oxidation (Sauerstoffzufuhr), keine Reduktion (Sauerstoffwegnahme). Aber dur meintest mit "reduzieren" wohl schlicht "verringern", nehme ich an.
Bezüglich HC / CO und Verbrennungsmotoren noch was: Dieselmotoren emittieren "vor Filter" immer noch recht viel Ruß. Fährt man häufig innerstädtisch und Kurzstrecken, setzt sich der Oxikat irgendwann zu. Das Washcoat ist dann inaktiv, HC und CO werden nicht mehr richtig oxidiert. Eine Problematik, die ich ausgesprochen häufig beobachte und die die Presse noch nicht mal ansatzweise angeschnitten hat. Ich krümme mich jetzt schon vor Lachen, wenn bei vermeintlich zukunftssicher nachgerüsteten Diesel - Pkw irgendwann festgestellt wird, dass diese unter gewissen Betriebszuständen ein HC - Problem haben.
Zuletzt: Das Feinstaubproblem des Ottomotors hat nicht mit dem Magerbetrieb zu tun, sondern mit schlechter Gemischbildung oder Sauerstoffmangel. Bei Direkteinspritzern bleibt halt kaum Zeit übrig, es gibt aber auch Saugrohreinspritzer, die nicht mehr vorlagern, sondern in das offene EV spritzen. Vorteil: Verringerte HC - Bildung, vor allem beim Kaltstart. Nachteil: Ruß. Auch übetriebene Volllastanfettung rußt ordentlich - billige Maßnahme, um AV und Kat zu kühlen.
P.S. Wir haben schon mal ausführlich diskutiert. Mein damaliger Nick: "checkpointarea".
Das Feinstaubbproblem beim Ottomotor hat mit der Direkteinspritzung zu tun, weil da auch Flüssigkeitströpfchen eingespritzt werden und die Zeit zur vollständigen Verdampfung etwas zu kurz geraten kann, wodurch unverbrannte Mikropartikel übrig bleiben. Was den Feinstaub betrifft, ist die Saugrohreinspritzung deutlich besser.
Guck Dir den Smart an. Saugrohreinspritzung, aber Spitzenreiter beim Feinstaub. Gegenbeispiel: VW Golf 1.5 TSI EA211. Der emittiert weniger Feinstaub als die meisten Saugrohreinspritzer. Quelle: ADAC Ecotest.
Saugrohreinspritzung geht auch in rußreich, Direkteinspritzung in rußarm. Bei letzteren ist es halt schwieriger, weil man dann hohe Einspritzdrücke benötigt.
Du hast ja anscheinend Ahnung von der Technik. Mich würde interessieren, welchen Zweck die Drosselklappe an meinem Diesel erfüllt. Die ist ja eigentlich überflüssig, da er ja auch Drallklappen hat oder?
Nun ja, habe Motorentechnik an der Uni studiert und später auch beruflich mit Dieselmotoren zu tun gehabt.
Beide Klappen dienen dazu, um die Abgase doch etwas sauberer zu kriegen, bringen aber tatsächlich auch Strömungsverluste und senken den Wirkngsgrad im Teillastbetrieb.
Die Drallklappen treten bei 2 Einlassventilen auf und sorgen für einen Luftstrom, der einen starken Drall hat, wenn er in den Zylinder strömt. Dadurch soll die Verdampfung der Dieseltröpfchen, die die Einspritzdüse erzeugt, verbessert werden. Beim Verdampfen der Dieseltröpfchen verdampfen an der Oberfläche zunächst die leichter flüchtigen Bestandteile, woduch sich im Kern der Tröpfchen die weniger flüchtigen Anteile konzentrieren. Diese führen dann am Schluss der Verdampfung/Verbrennung zu den Rußpartikeln. Das kann man durch den Drall der Frischluft etwas verringern.
Die Drosselklappe hat mit der Verringerung der Stickoxide über die Abgasrückführung zu tun. Über das AGR wird ein Teil der Abgase zurück in den Ansaugtrakt geleitet, was die Stickoxide verringert. Die Zuführung wird über das AGR geregelt, benötigt aber einen gewissen Unterdruck im Ansaugtrakt. Bei Teillast ist der Unterdruck zu gering und der wird dann lüstlich durch das teilweise Schließen der Drosselklappe erzeugt.
Noch zu erwähnen: Drosselklappen wurden bei (älteren) Dieselmotoren gern auch eingesetzt, um Unterdruck für die Bremsanlage zu erzeugen. Grundsätzlich läuft ein Dieselmotor auch ohne Drosselklappe, das klappt beim Ottomotor nur dann, wenn man einen variablen Ventilhub (selten und aufwendig) hat. Stichwort: BMW Valvetronic oder Toyota Valvematic.
Ja, da gibt es zwei zu beobachtende Entwicklungsrichtungen: der Diesel entwickelt sich immer mehr Richtung Ottomotor um ihn sauberer zu machen und der Ottomotor entwickelt sich immer mehr Richtung Dieselmotor, um seinen Wirkungsgrad im Teillastbereich zu steigern.
Auch wenn hier die Funktionsweise bereits genannt wurde, möchte ich noch ein paar Begriffe, die ich in meinem Berufsleben gelernt habe (bin ebenfalls aus der Pkw - Sparte), einwerfen. Bei Selbstzündern (umgangssprachlich "Dieselmotor" genannt) hat man eine "Qualitätsregelung". Grob: Die Kolben saugen an, was gerade reingeht, je mehr Last und Drehzahl, desto mehr Sprit wird hinzugegeben. Die Relation aus Kraftstoff und Luft variiert also ständig. Beim Ottomotor (umgangssprachlich "Benziner") hat man eine "Quantitätsregelung". Es wird je mehr Luft angesaugt, je mehr Gas man gibt, während die Relation aus Kraftstoff und Luft immer ungefähr gleich bleibt, nur bei Volllast, beim Kaltstart und beim Beschleunigen wird minimal abgewichen, und zwar in Richtung "Sauerstoffmangel". Nur dort hat der Ottomotor Abgasprobleme, ist ansonsten sehr einfach sehr schadstoffarm betreibbar. Das klappt beim Dieselmotor nicht.
Randanmerkung: Es gab auch eine Art "Zwitter". Also Ottomotoren mit (zumindest teilweiser) Qualitätsregelung. Mitsubishi hatte einen (GDI), VAG auch (manche FSI - Modelle), Mercedes (ein paar CGI) und zuletzt BMW (N43 und N53). Diese Motoren imitierten, zumindest im Teillastbereich, das Gemischbildungsprinzip des Dieselmotors. Zwar zündeten sie ebenfalls per Zündfunken (nicht per Kompression, wie der Diesel), jedoch magerten die das Gemisch stark ab. Problem auch hier: Die NOx - Bildung, denn dieses Problem ist, entgegen der Pressemeldungen, nicht dieselexklusiv.
Grundsätzlich arbeitet ein Diesel mit Luftüberschuss, d.h. die leistung bestimmt sich primär nach der eingespritzten Menge Kraftstoff. Deswegen braucht der Diesel auch keine Drosselklappe zur Leistungssteuerung ... so ganz grundsätzlich.
Über Einspritzmenge und -zeitpunkt.
wen es jedoch keine Regulierung für die Luft gibt die der Motor ansaugt hätten wir doch die ganze Zeit ein sehr mageres Gemisch was zu einer schlechten verbrennung führen würde, oder versteh ich was falsch
Grundsätzlich ist der Hauptkatalysator beim Dieselmotor sogar noch einfacher aufgebaut als beim Otto, denn es ist nur ein 2 - Wege - Kat (Oxidationskatalysator), während bei heutigen Ottomotoren ein 3 - Wege - Kat eingesetzt wird. Beim Diesel muss man halt enorm viel Abgas zurückführen, um die Verbrennung künstlich zu verschlechtern. Ziel: Herabsetzung der Temperaturen, was die NOX eindämmt.