Warum wandelt ein Diesel weniger Energie in Wärme um?
Diesel hat ja pro Liter mehr Energie als Benzin. Aber warum ist eine Diesel Verbrennung weniger warm als eine Benzin Verbrennung ( für mein Beispiel hat das Benzin so viel Liter, dass die Energie im Benzin genauso viel ist als der Energiegehalt im Diesel)? Weil das Diesel hat doch mehr Energie als Benzin, also sollte es doch wärmer werden?
5 Antworten
Das geht in komplexe innermotorische und chemisch-physikalische Bereiche.
Laienhaft aufs Wesentlichste reduziert:
- betriebswarme Benzinmotoren sind im Teillastbetrieb darauf optimiert, möglichst wenig Schadstoffe aus zu stoßen. Das klappt am Besten dann, wenn bei der Verbrennung die Menge Benzin genau zur Menge Luft passt. Das nennt man Lambda 1
- Man stelle sich vor man spielt das Spiel "Reise nach Jerusalem" Die Reise nach Jerusalem - Regeln & Anleitung - Spielregeln.de, nur mit der Änderung dass die Anzahl Stühle genau der Anzahl der Teilnehmer entspricht. So findet jeder einen Platz. Die Teilnehmer wären nun die C-Kohlenstoffatome, die Stühle die O2-Sauerstoffmoleküle Jedes C-Atom bekäme sein O2-Molekül ab, es entsteht nur CO2 und keine Schadstoffe. Prima, oder?
- Leider ist Lambda 1 aber nicht am Günstigsten für den Verbrauch! Es ist tatsächlich verbrauchsgünstiger, wenn die Teilnehmer zu viele Stühle zur Verfügung haben, also wenige Kraftstoff-Atome ganz viel O2-Moleküle zur Verfügung haben
- Genau dies machen sich Dieselmotoren zunutze: im Teillastbetrieb laufen sie nicht mit Lambda 1, sondern mager: wenig Kraftstoff kommt auf viel Luft. Einer der Hauptfaktoren warum Diesel so sparsam sind.
- Bei magerer Verbrennung entstehen jedoch höhere Temperaturen, was die Entstehung von Stickoxiden (NOx) stark fördert, sodass zur Einhaltung der Grenzwerte in Diesel-PKW sehr aufwendige Massnahmen zur NOx-Reduzierung notwendig sind (ein oder zwei SCR-Speicherkat mit Ad-Blue-Einspritzung).
- Bei allen Verbrennungsmotoren steigt die Effizienz mit dem Grad, wie stark vor der Zündung komprimiert wird. Z.B. erreichen Flugzeugturbinen großer Verkehrsjets einen höheren Wirkungsgrad als Turbinen kleiner Privatjets, weil sie durch mehr Kompressionsstufen ein höheres Verdichtungsverhältnis erzielen.
- Dem Verdichtungsverhältnis des Benzin-Luft-Gemischs ist jedoch abhängig von der Oktanzahl des Benzins eine natürliche Grenze gesetzt, weil es sich bei zu hoher Verdichtung unkontrolliert selbst entzünden würde (klopfende Verbrennung), was den Motor ruiniert.
- Dieselmotoren kennen dieses Problem nicht: hier wird nur Luft stark komprimiert und nahe des oberen Totpunkts des Kolbens eine Wolke fein zerstäubter Diesel-Nebel eingespritzt, der sich an der heißen Luft selbsttätig entzündet (daher der Name "Selbstzünder", weil keine Fremdzündung über eine Zündkerze stattfindet).
- Das Verdichtungsverhältnis von Dieselmotoren von heute beträgt ca. 15:1 (Ausgangsvolumen zu voll kompromiertem Volumen), Benzinmotoren erreichen ca. 10:1 abhängig von der Turbo-Aufladung und der Oktanzahl des Benzins. Das höhere Verdichtungsverhältnis ist der vermutlich wichtigste Grund für den besseren Wirkungsgrad des Dieselmotors.
- Ein Nebenaspekt: Beim Benzinmotor wird im Teillastbetrieb die Luftmenge, die in die Brennräume gelangt, entsprechend der geringeren Kraftstoffmenge gedrosselt, damit immer Lambda 1 gewährleistet ist.
- Dieses Drosseln kann man sich so veranschaulichen: Man hält sich beide Nasenlöcher halb zu und versucht ein zu atmen. Die eingeatmete Luftmenge ist geringer und der Atemwiderstand nimmt zu. Diese Widerstands-Zunahme ist beim Benzinmotor der sog. Drosselverlust, der sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirkt.
- Hier schlägt die Stunde des Dieselmotors: die Luftzufuhr wird nicht gedrosselt. Im Prinzip wird immer die gleiche Luftmenge komprimiert (abgesehen von der abgasvolumenabhängigen Aufladung durch den Turbolader), es wird nur die Kraftstoffzufuhr geregelt. Mangels den Luftfluss hemmender Drosselklappe entsteht hier auch kein Drosselverlust.
Diesel verbrennt in der Tat mit wesentlich höherer Temperatur als Benzin. Dazu kommt noch, daß Diesel immer mit hohem Luftüberschuss verbrennt. Weiterhin noch das was ulrich1919 schon richtig genannt hat. Aber schau mal zB hier: https://vecartec.de/techniklexikon-diesel-und-benzin/
Auch nicht ganz uninteressant...
Nein, der Diesel verbraucht einfach etwas weniger als ein vergleichbarer Benziner
Du verstehst irgendwie die Logik nicht. Aber das steht doch schon hier:
Warum wird Diesel langsamer Warm? (Auto, Auto und Motorrad, Diesel) - gutefrage
Effektiver= höherer Wirkungsgrad= weniger Abwärme
- mehr Energie wird in kinetische Energie (35-40%) umgewandelt, weniger in Abwärme
- dadurch wird der Motor langsamer warm
- Beispiel: PKW-Elektromotoren mit über 90% Wirkungsgrad erzeugen keine nutzbare Abwärme, die für die Fahrzeugheizung genutzt werden kann
- Elektroautos müssen daher elektrisch den Fahrgastraum heizen, was ihre Reichweite im Winter zusätzlich mindert
Dieselmotoren sind zudem wegen der höheren Verbrennungsdrücke massiver gebaut, es muss also mehr Motormasse aufgeheizt werden
ja trotzdem verstehe ich nicht , warum der Diesel langsamer warm wird. Der Diesel hat mehr Kohlenstoffatome als Benzin. Aber Kohlenstoff ist doch das , was die Wärme erzeugt , wegen der chemichen Reaktion. Also warum erzeugt der Diesel , obwohl er einfach nur eine höhere Energiedichte hat (das heißt ja nur , dass weniger Diesel benötigt wird um die gleiche Menge Energie aus Benzin zu holen) weniger Wärme?
Verstehe es doch: es wird langsamer warm weil für die gleiche gefahrene Geschwindigkeit WENIGER DIESEL eingespritzt wird als bei einem Benzinauto was genau gleich schnell fährt.
Damit kommen beim Dieselauto INSGESAMT WENIGER Kohlenstoffatome in die Brennräume (trotz der Tatsache dass Diesel mehr davon hat)
es wird langsamer warm weil für die gleiche gefahrene Geschwindigkeit WENIGER DIESEL eingespritzt wird als bei einem Benzinauto was genau gleich schnell fährt.
Ja das weniger Diesel eingespritzt wird ist mir klar , aber Diesel hat ja wiegesagt mehr Kohlenstoffatome (und die Kohlenstoffatome ist doch der Hauptgrund , warum Stoffe ja überhaupt warm werden oder stimmt das nicht ? Sind die Kohlenstoffatome nicht der (Haupt-)Grund warum in den Fall der Sprit bzw. die Abgase warm wird? Ist da mein Knoten beim denken?) als Benzin und ich sage jetzt mal so ganz "komisch": (Wenig Diesel = viele Kohlenstoffatome )=(viel Benzin = viele Kohlenstoffatome)und Kohlenstoffatome + Sauerstoff ---> wärme(?) (und CO²)
Er ergibt für mich ja auch Sinn , dass Diesel sparsamer sind , aber es ergibt für mich (noch) kein Sinn ,dass die langsamer warm werden.
Doch: wenn ich weniger Gesamt-Energiemenge ins System einleite (geringere Kraftstoffmenge), und mehr kinetische Energie rausziehe bleibt einfach weniger Wärme übrig
Also wird jetzt in ein Dieselmotor so wenig Diesel eingespritzt, dass die Kohlenstoffatome noch weniger sind , als die beim Benziner ?(vom Verhältnis gesehen)
Und ist das eigentlich mein "Knoten" beim Denken? (Ich mein einen Kommentar : Ja das weniger Diesel eingespritzt wird ist mir klar , aber Diesel hat ja wiegesagt mehr Kohlenstoffatome (und die Kohlenstoffatome ist doch der Hauptgrund , warum Stoffe ja überhaupt warm werden oder stimmt das nicht ? Sind die Kohlenstoffatome nicht der (Haupt-)Grund warum in den Fall der Sprit bzw. die Abgase warm wird? Ist da mein Knoten beim denken?) als Benzin und ich sage jetzt mal so ganz "komisch": (Wenig Diesel = viele Kohlenstoffatome )=(viel Benzin = viele Kohlenstoffatome)und Kohlenstoffatome + Sauerstoff ---> wärme(?) (und CO²))
Also wird jetzt in ein Dieselmotor so wenig Diesel eingespritzt, dass die Kohlenstoffatome noch weniger sind , als die beim Benziner ?(vom Verhältnis gesehen)
Genau das!
Die eingespritzte Diesel-Menge ist deutlich weniger, sodass es auf jeden Fall weniger Kohlenstoffatome im Brennraum als beim Benziner sind
Achsoooo. Da bleibt jetzt bloß die Frage , warum man das beim Benziner nicht so macht bzw. warum dann ein Benziner dann schneller warm wird? Tut mir leid wegen den ganzen Fragen :(
MAZDA ist derzeit der einzige Hersteller der eine Kompressionszündung beim Benziner anbietet. Ist irre aufwendig von der Technik her, das Einsparpotenzial begrenzt.
Kuck mal meine Antwort oben. Da habe ich die Gründe zusammengefasst warum Diesel einen besseren Wirkungsgrad haben
aber Diesel hat ja wiegesagt mehr Kohlenstoffatome (und die Kohlenstoffatome ist doch der Hauptgrund , warum Stoffe ja überhaupt warm werden oder stimmt das nicht ?
Vergiß nicht die Wasserstoffatome. Auch die sind in beiden Kraftstoffen enthalten. Sie werden mitverbrannt und tragen zum Heizwert (zur freigesetzten Wärme) mit bei. Beim Diesel ist der Heizwert ein bißchen größer, aber nicht sehr. Der bessere Wirkungsgrad des Dieselmotors hat andere Gründe.
https://de.wikipedia.org/wiki/Heizwert#Fl%C3%BCssige_Brennstoffe_(bei_25_%C2%B0C)
Also ist das so , dass ein Benziner das Gemisch schon "zubereitet", bevor es den Zylinder erreicht und bei Diesel ist das so , dass das Gemisch erst um den Dieseltropfen entsteht (was auch der Grund ist , warum Diesel immer "mager" laufen bzw. Warum Diesel auch ohne Drosselklappen funktionieren) und dadurch je nach verbrennung sich der Diesel (bzw. das Diesel das grade verbrennt ) sich so wie es grad passt sich mit der Luft vermischen kann ? Weil beim Benziner ist ein zu mageres Gemisch schlecht, weil die Verbrennung u.a dann zu schnell abläuft und ein zu fettes Gemisch ist schlecht, weil es zu wenig Sauerstoff vorhanden ist?
Oder ist das mehr so , dass durch der höheren Kompression die Leistung so hoch ist, dass der Diesel dann im Gegensatz zum Benziner mit weniger Kohlenstoffatome auskommt?
Tut er das denn?
So wie jeder Verbrennungsmotor wandelt der Dieselmotor zunächst die chemische Energie des Kraftstoffs in Wärmeenergie. Von ihr wandelt er anschließend einen größeren Prozentsatz in mechanische Energie um, als Benzinmotoren das können, so daß hinten weniger Wärmeenergie übrigbleibt. Das ist es, was man meint, wenn vom besseren Wirkungsgrad des Dieselmotors die Rede ist.
aber warum wandelt der Dieselmotor die Energie des Kraftstoffs mehr in Bewegungsenergie und weniger in Wärme um , als es der Benziner macht?
Zuerst mal wandelt der Dieselmotor die Energie des Kraftstoffs bei der Verbrennung genauso vollständig in Wärme um, so wie jeder Verbrennungsmotor das tut. Von der Wärme wandelt er dann mit der Kolbenbewegung einen Teil wiederum in Bewegungsenergie um, und nur das tut er effizienter als der Benziner. Er tut es deshalb effizienter, weil er den Zylinderinhalt stärker verdichtet als der Benziner. Daß die stärkere Verdichtung den Wirkungsgrad vergrößert, liegt an Gesetzen der Thermodynamik. Rudolf Diesel hatte sich damit beschäftigt und war so auf die Idee gekommen, einen hoch verdichtenden und dadurch sehr sparsamen Motor zu bauen.
Der Ablauf der Verbrennung ist anders. Benzin wird verdampft, mit Luft vermischt und gezündet. Dieselbrennstoff wird nicht aud einmal eingespritzt, sondern während der Expansion laufend eingespritzt. Die Verbrennung läuft regemäßiger ab.
Also liegt das daran , dass sich die Wärme quasi gleichmäßig im Brennraum verteilt , als im Benziner?
Korrekt ausgedrückt, wird die Waermeproduktion über die Zeit verteilt. Aber wahrscheinlich ist Deine Annahme auch richtig.
Allerdings sehe ich so gut wie in fast jeder Animation bzw. Bilder , dass die Einspritzung schon aufhört, bevor die Verbrennung überhaupt gestartet hat. Sieht das nur so aus oder wie ist das ?
Humbug. Die Verbrennung ist gerade beim Kaltstart von alten Dieselmotoren extrem hart. Jeder der mal einen hattte weiß das! Da prallt die heiße Diesel-Flammfront in den kalten Brennraum, das charakteristische "nagelnde" Geräusch entsteht. Exakt diesen Motor hatte ich, der klang fast noch lauter (Ab 1:45):
Das stimmt so nicht. ALLE Diesel-PKW bis mindestens 1985 spritzten den Kraftstoff auf einmal ein. Erst aus Gründen der Geräusch- und Schadstoffminderung spritzen heutige Commonrail- und Pumpe-Düse-Dieselmotoren den Kraftstoff getaktet in zusätzlichen Vor- und Nacheinspritzungen ein.
Ja aber trotzdem wird Diesel langsamer warm als Benzin. Woran liegt das ?