Dieselmotor

Dieselmotor gebaut von Langen & Wolf unter Lizenz, 1898.
1952 Muschelöl Film zeigt die Entwicklung des Dieselmotors von 1877

Das Dieselmotor, benannt nach Rudolf Diesel, ist ein Verbrennungsmotor in welchem Zündung des Treibstoff wird durch die erhöhte Temperatur der Luft im Zylinder aufgrund mechanischer Kompression verursacht; Somit ist der Dieselmotor ein sogenannter Kompressions-Anmut-Motor (CI-Motor). Dies steht im Gegensatz zu Motoren mit Verwendung Zündkerze-Inition der Luftkraftstoffmischung wie a Benzinmotor (Benzin Motor) oder a Benzinmotor (mit einem gasförmigen Kraftstoff wie Erdgas oder Flüssiggas).

Dieselmotoren arbeiten, indem nur Luft oder Luft und Restverbrennungen aus dem Abgas (als Abgasrückführung (EGR) bezeichnet) zusammengeführt werden. Die Luft wird während des Einlasshubs in die Kammer aufgenommen und während des Kompressionshubs komprimiert. Dies erhöht die Lufttemperatur im Inneren der Zylinder zu einem so hohen Grad, dass der in die Brennkammer injizierte Dieselbrennstoff injiziert wurde. Da der Kraftstoff kurz vor der Verbrennung in die Luft injiziert wird, ist die Dispersion des Kraftstoffs ungleichmäßig. Dies wird als heterogene Luftstoffmischung bezeichnet. Das Drehmoment, das ein Dieselmotor erzeugt Luftstoffverhältnis (λ); Anstatt die Einlassluft zu drosseln, beruht der Dieselmotor auf der Änderung der injizierten Kraftstoffmenge, und das Luftkraftstoffverhältnis ist normalerweise hoch.

Der Dieselmotor hat den höchsten thermischen Wirkungsgrad (Motoreffizienz) von allen praktischen intern oder externe Verbrennung Motor aufgrund seines sehr hohen Expansionsverhältnis und inhärent mager Verbrennen, was die Wärmeabteilung durch die überschüssige Luft ermöglicht. Ein kleiner Effizienzverlust wird auch im Vergleich zu nicht-direkten Injektionsmotoren vermieden, da während der Ventilüberlappung nicht verbrannter Brennstoff nicht vorhanden ist und daher kein Kraftstoff direkt von der Einlass/Injektion zum Abgassel entspricht. Dieselmotoren mit niedrigem Geschwindigkeit (wie in Schiffen und anderen Anwendungen, bei denen das Gesamtmotorengewicht relativ unwichtig ist, können wirksame Effizienz von bis zu 55%erreichen.[1] Das kombinierte Zyklus -Gasturbine (Brayton und Rankin Cycle) ist ein Verbrennungsmotor, der effizienter als ein Dieselmotor ist, aber aufgrund seiner Masse und seiner Abmessungen für Fahrzeuge ungeeignet ist. Wasserfahrzeug, oder Flugzeug.

Dieselmotoren können als beide ausgelegt werden Zwei-Takt oder Vierakten Fahrräder. Sie wurden ursprünglich als effizienterer Ersatz für stationär Dampfmaschinen. Seit den 1910er Jahren wurden sie in verwendet U -Boote und Schiffe. Verwendung in Lokomotiven, Bussen, Lastwagen, schwere AusrüstungNach späteren landwirtschaftlichen Ausrüstungen und Stromerzeugungsanlagen folgten. In den 1930er Jahren wurden sie langsam in wenigen verwendet Automobile. Seit den 1970er Jahren die Verwendung von Dieselmotoren in größerer On-Straße und Geländewägen in den USA hat zugenommen. Laut Konrad Reif (2012) die EU Durchschnitt für Dieselautos sind die Hälfte der neu registrierten Autos aus.[2]

Die weltweit größten Dieselmotoren, die in Betrieb genommen werden, sind 14 Zylinder, zwei Takt-Marine-Dieselmotoren. Sie produzieren eine Spitzenleistung von jeweils fast 100 MW.[3]

Geschichte

Diesels Idee

Rudolf Diesel1893 Patent auf einem rationalen Wärmemotor
Diesels zweite Prototyp von Diesel. Es ist eine Modifikation des ersten experimentellen Motors. Am 17. Februar 1894 lief dieser Motor zum ersten Mal unter seiner eigenen Leistung.[4]

Wirksame Effizienz 16,6%
Kraftstoffverbrauch 519 g · kW–1·h–1
Der erste voll funktionsfähige Dieselmotor, entworfen von Imanuel Lauster, von Grund auf neu gebaut und bis Oktober 1896 fertiggestellt.[5][6][7]

Nennleistung 13,1 kW
Wirksame Effizienz 26,2%
Kraftstoffverbrauch 324 g · kW–1·h–1.

Im Jahr 1878, Rudolf Diesel, wer war Student am "Polytechnikum" in München, besuchte die Vorträge von Carl von Linde. Linde erklärte, dass Dampfmotoren in der Lage sind, nur 6–10% der Wärmeenergie in die Arbeit umzuwandeln, aber dass die Carnot -Zyklus Ermöglicht die Umwandlung viel mehr von der Wärmeenergie in die Arbeit durch isotherme Veränderung des Zustands. Laut Diesel zündete dies die Idee, einen hocheffizienten Motor zu schaffen, der am Carnot -Zyklus funktionieren könnte.[8] Diesel wurde auch einem ausgesetzt Feuerkolben, ein traditionelles Feuerstarter mit Rapid adiabatisch Kompressionsprinzipien, aus denen Linde erworben hatte Südostasien.[9] Nach mehreren Jahren an seinen Ideen veröffentlichte Diesel sie 1893 im Aufsatz Theorie und Konstruktion eines rationalen Wärmemotors.[8]

Diesel wurde für seinen Aufsatz stark kritisiert, aber nur wenige fanden den Fehler, den er gemacht hat;[10] seine Rational Wärmemotor sollte einen konstanten Temperaturzyklus (mit isothermen Komprimierung) verwenden, der eine viel höhere Komprimierung als die für die Kompressionszündung benötigte Niveau erfordern würde. Die Diesel -Idee war es, die Luft so fest zu komprimieren, dass die Temperatur der Luft die Verbrennung überschreiten würde. Ein solcher Motor konnte jedoch niemals nutzbare Arbeiten ausführen.[11][12][13] In seinem US -Patent von 1892 (gewährt 1895) #542846 beschreibt Diesel die für seinen Zyklus erforderliche Komprimierung:

"Reine atmosphärische Luft wird gemäß Kurve 1 2 in einem solchen Grad komprimiert, dass der höchste Druck des Diagramms und die höchste Temperatur erhalten werden, bevor die Temperatur, bei der die nachfolgende Temperatur ist, der höchste Druck des Diagramms und die höchste Temperatur erhalten wird Die Verbrennung muss stattfinden, nicht der brennende oder entzündende Punkt. Um dies klarer zu machen, lassen Sie sich angenommen, dass die nachfolgende Verbrennung bei einer Temperatur von 700 ° stattfindet. In diesem Fall muss der anfängliche Druck vierundsechzig Atmosphären betragen , oder für 800 ° Celsiigrade muss der Druck neunzig Atmosphären und so weiter in die so komprimierte Luft sein, die dann allmählich aus dem äußeren fein geteilten Brennstoff eingeführt wird, was sich bei der Einführung entzündet, da sich die Luft bei weit über dem Zündung über eine Temperatur befindet. Punkt des Kraftstoffs. Die charakteristischen Merkmale des Zyklus gemäß meiner vorliegenden Erfindung sind daher die Erhöhung des Drucks und der Temperatur bis zum Maximum, nicht durch Verbrennung, sondern vor der Verbrennung durch mechanische Kompren Asion von Luft und dort nach der anschließenden Leistung der Arbeit ohne Druck und Temperatur durch allmähliche Verbrennung während eines vorgeschriebenen Teils des Hubs, das durch die Schnittöl bestimmt wird. "[14]

Bis Juni 1893 hatte Diesel erkannt, dass sein ursprünglicher Zyklus nicht funktionieren würde, und er übernahm den konstanten Druckzyklus.[15] Diesel beschreibt den Zyklus in seiner Patentanmeldung von 1895. Beachten Sie, dass keine Kompressionstemperaturen mehr erwähnt werden, die die Verbrennungstemperatur überschreitet. Jetzt wird einfach angegeben, dass die Komprimierung ausreichen muss, um die Zündung auszulösen.

"1. In einem Innenverteidigungsmotor, die Kombination eines Zylinders und Kolben ; ein Verteilungsvalor für Kraftstoff, ein Durchgang von der Luftversorgung zum Zylinder in Kommunikation mit dem Kraftstoffverteilungsventil, einem Einlass zum Zylinder in Kommunikation mit dem Luftversorgungsmittel und mit dem Kraftstoffvalvieren und einem Schnittöl , im Wesentlichen wie beschrieben. " Siehe US -Patent # 608845 Eingereicht 1895 / Erteilte 1898[16][17][18]

1892 erhielt Diesel Patente in Deutschland, Schweiz, das Vereinigtes Königreich und die Vereinigte Staaten für "Methode von und Apparat zum Umwandeln von Wärme in Arbeit".[19] In den Jahren 1894 und 1895 reichte er in verschiedenen Ländern Patente und Addenda für seinen Motor ein. Die ersten Patente wurden in ausgegeben Spanien (Nr. 16.654),[20] Frankreich (Nr. 243.531) und Belgien (Nr. 113.139) im Dezember 1894 und in Deutschland (Nr. 86.633) im Jahr 1895 und der Vereinigte Staaten (Nr. 608.845) 1898.[21]

Diesel wurde über einen Zeitraum von mehreren Jahren angegriffen und kritisiert. Kritiker behaupteten, Diesel habe nie einen neuen Motor erfunden und die Erfindung des Dieselmotors sei Betrug. Otto Köhler und Emil Capitaine[DE] waren zwei der bekanntesten Kritiker der Dieselzeit.[22] Köhler hatte 1887 einen Aufsatz veröffentlicht, in dem er einen Motor beschreibt, der dem Motor Diesel in seinem Aufsatz von 1893 beschreibt. Köhler stellte fest, dass ein solcher Motor keine Arbeit ausführen konnte.[13][23] Emil Capitaine hatte in den frühen 1890er Jahren einen Erdölmotor mit Glühröhrenzündung gebaut;[24] Er behauptete gegen sein eigenes besseres Urteilsvermögen, dass sein Glühröhrchen-Zündmotor genauso arbeitete, wie der Motor von Diesel. Seine Behauptungen waren unbegründet und er verlor eine Patentklage gegen Diesel.[25] Andere Motoren wie die Akroyd -Motor und die Brayton MotorVerwenden Sie auch einen Betriebszyklus, der sich vom Dieselmotorenzyklus unterscheidet.[23][26] Friedrich Sass sagt, dass der Dieselmotor Diesels "eigene Arbeit" ist und dass jeder "Dieselmythos" ist "ist"Fälschung der Geschichte".[27]

Der erste Dieselmotor

Diesel suchte Unternehmen und Fabriken auf, die seinen Motor bauen würden. Mit der Hilfe von Moritz Schröter und Max Gutermuth[DE],[28] Es gelang ihm, beide zu überzeugen Krupp in Essen und der Maschinenfabrik Augsburg.[29] Die Verträge wurden im April 1893 unterzeichnet,[30] Und im Frühsommer 1893 wurde in Augsburg der erste Prototypenmotor von Diesel gebaut. Am 10. August 1893 fand die erste Zündung statt, der verwendete Treibstoff war Benzin. Im Winter 1893/1894 hat Diesel den bestehenden Motor neu gestaltet, und bis zum 18. Januar 1894 hatte seine Mechanik ihn in den zweiten Prototyp umgewandelt.[31] Im Januar dieses Jahres ein Luftrastinjektion Das System wurde dem Zylinderkopf des Motors hinzugefügt und getestet.[32] Friedrich Sass argumentiert, dass es angenommen werden kann, dass Diesel das Konzept der luftblastischen Injektion kopiert hat George B. Brayton,[26] Obwohl der Diesel das System erheblich verbessert.[33] Am 17. Februar 1894 lief der neu gestaltete Motor für 88 Revolutionen - eine Minute;[4] Mit dieser Nachricht stieg der Bestand von Maschinenfabrik Augsburg um 30%, was auf die enormen erwarteten Anforderungen an einen effizienteren Motor hinweist.[34] Am 26. Juni 1895 erreichte der Motor eine wirksame Effizienz von 16,6% und hatte einen Kraftstoffverbrauch von 519 g · kW–1·h–1.[35] Trotz des Beweisens des Konzepts verursachte der Motor Probleme.[36] und Diesel konnte keinen wesentlichen Fortschritt erzielen.[37] Daher betrachtete Krupp, den Vertrag, den sie mit Diesel abgeschlossen hatten, aufzuheben.[38] Diesel war gezwungen, das Design seines Motors zu verbessern, und eilte, um einen dritten Prototypenmotor zu errichten. Zwischen dem 8. November und dem 20. Dezember 1895 hatte der zweite Prototyp über 111 Stunden auf der Testbank erfolgreich abgedeckt. Im Januar 1896 wurde dies als Erfolg angesehen.[39]

Im Februar 1896 betrachtete Diesel den dritten Prototyp.[40] Imanuel Lauster, der befohlen wurde, den dritten Prototyp zu zeichnen "Motor 250/400", hatte die Zeichnungen bis zum 30. April 1896 beendet. Im Sommer in diesem Jahr wurde der Motor gebaut, er wurde am 6. Oktober 1896 fertiggestellt.[41] Die Tests wurden bis Anfang 1897 durchgeführt.[42] Die ersten öffentlichen Tests begannen am 1. Februar 1897.[43] Moritz SchröterDer Test am 17. Februar 1897 war der Haupttest für Dieselmotor. Der Motor wurde mit 13,1 kW mit einem spezifischen Kraftstoffverbrauch von 324 g · kW bewertet–1·h–1,[44] was zu einer wirksamen Effizienz von 26,2%führt.[45][46] Bis 1898 war Diesel Millionär geworden.[47]

Zeitleiste

1890er Jahre

  • 1893: Rudolf Diesel's Essay mit dem Titel " Theorie und Konstruktion eines rationalen Wärmemotors erscheint.[48][49]
  • 1893: 21. Februar, Diesel und der Maschinenfabrik Augsburg unterschreiben einen Vertrag, mit dem Diesel einen Prototypenmotor bauen kann.[50]
  • 1893: 23. Februar, Diesel erhält ein Patent (RP 67207) mit dem Titel "Arbeiverfahre und Auhrungsart für Verbrennungsmaschinen"(Arbeitsmethoden und -techniken für Verbrennungsmotoren).
  • 1893: 10. April, Diesel und Krupp unterzeichnen einen Vertrag, mit dem Diesel eine Prototyp -Engine bauen kann.[50]
  • 1893: 24. April, sowohl Krupp als auch der Maschinenfabrik Augsburg beschließen, in Augsburg zusammenzuarbeiten und nur einen einzigen Prototyp zu bauen.[50][30]
  • 1893: Juli, der erste Prototyp ist abgeschlossen.[51]
  • 1893: 10. August, Diesel injiziert erstmals Kraftstoff (Benzin), was zu einer Verbrennung führt, die die zerstört Indikator.[52]
  • 1893: 30. November, Diesel gilt ein Patent (RP 82168) für einen modifizierten Verbrennungsprozess. Er erhält es am 12. Juli 1895.[53][54][55]
  • 1894: 18. Januar, nachdem der erste Prototyp zum zweiten Prototyp geändert worden war, beginnt das Testen mit dem zweiten Prototyp.[31]
  • 1894: 17. Februar, der zweite Prototyp läuft zum ersten Mal.[4]
  • 1895: Am 30. März gilt Diesel für ein Patent (RP 86633) für einen Startvorgang mit Druckluft.[56]
  • 1895: 26. Juni, der zweite Prototyp führt zum ersten Mal Bremstests durch.[35]
  • 1895: Diesel gilt für ein zweites Patent US -Patent # 608845[57]
  • 1895: 8. November - 20. Dezember, wird eine Reihe von Tests mit dem zweiten Prototyp durchgeführt. Insgesamt werden 111 Betriebsstunden aufgezeichnet.[39]
  • 1896: 30. April vervollständigt Imanuel Lauster die Zeichnungen des dritten und letzten Prototyps.[41]
  • 1896: 6. Oktober, der dritte und letzte Prototyp -Motor ist abgeschlossen.[5]
  • 1897: 1. Februar, Diesel -Prototyp -Engine läuft und schließlich für Effizienztests und Produktion bereit.[43]
  • 1897: 9. Oktober, Adolphus Busch Lizenzenrechte an den Dieselmotor für die USA und Kanada.[47][58]
  • 1897: 29. Oktober erhält Rudolf Diesel ein Patent (DRP 95680) zum Aufladen des Dieselmotors.[40]
  • 1898: 1. Februar ist der Diesel-Motorgen-Fabrik Actien-Gegschaft registriert.[59]
  • 1898: März, der erste kommerzielle Dieselmotor mit 2 × 30 ps (2 × 22 kW), ist in der Kemptorenanlage des Vereinigte Zündholzfabriken A.G.[60][61]
  • 1898: 17. September, The Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G. wird gegründet.[62]
  • 1899: Der erste Zweitakt-Dieselmotor, erfunden von von Hugo Güldner, ist gebaut.[46]

1900er Jahre

Ein Mann DM -Stammkolben -Dieselmotor, der 1906 erbaut wurde. Die Mann -DM -Serie wird als eine der ersten kommerziell erfolgreichen Dieselmotoren angesehen.[63]
  • 1901: Imanuel Lauster entwirft die erste Kofferkolben Dieselmotor (DM 70).[63]
  • 1901: Bis 1901, MANN hatte 77 Dieselmotorzylinder für den kommerziellen Gebrauch hergestellt.[64]
  • 1903: Zwei erste Dieselschiffe werden sowohl für den Fluss als auch für den Kanalbetrieb gestartet: die Vandal Naphtha Tanker und der Sarmat.[65]
  • 1904: Der Französische startet den ersten Diesel U -Boot, das Aigrette.[66]
  • 1905: 14. Januar: Diesel beantragt ein Patent für die Einheitsinjektion (L20510i/46a).[67]
  • 1905: Der erste Dieselmotor Turbolader und Ladeluftkühler werden von Hüchi hergestellt.[68]
  • 1906: Die Diesel-Motorgen-Fabrik Actien-Grüge ist gelöst.[22]
  • 1908: Die Inselpatente verfallen.[69]
  • 1908: der erste LKW (LKW) mit einem Dieselmotor erscheint.[70]
  • 1909: 14. März, Prosper l'orange gilt für ein Patent auf Vorbumskammerinjektion.[71] Später baut er den ersten Dieselmotor mit diesem System.[72][73]

1910er Jahre

  • 1910: Der Mann beginnt Zweitakt-Dieselmotoren zu machen.[74]
  • 1910: 26. November, James McKechnie beantragt ein Patent auf Einheiteninjektion.[75] Im Gegensatz zu Diesel gelang es ihm, die Injektoren der Arbeitseinheit erfolgreich aufzubauen.[67][76]
  • 1911: 27. November, The Allgemeine Gesellschaft für Dieselmotoren A.-G. ist aufgelöst.[59]
  • 1911: Die Germania Shipyard in Kiel baut 850 ps (625 kW) Dieselmotoren für deutsche U -Boote. Diese Motoren sind 1914 installiert.[77]
  • 1912: Der Mann baut den ersten zweistrecken-Zweiungs-Dieselmotor.[78]
  • 1912: der erste Lokomotive mit einem Dieselmotor wird am Schweizer verwendet Winterthur-Romanshorn Railroad.[79]
  • 1912: die Selandia ist das erste Meeresschiff mit Dieselmotoren.[80]
  • 1913: Nelseco Dieselmischungen werden auf kommerziellen Schiffen installiert und US Navy U -Boote.[81]
  • 1913: 29. September, Rudolf Diesel stirbt auf mysteriöse Weise, wenn er die überquert Englisch-Kanal auf der SsDresden.[82]
  • 1914: Der Mann baut mit 662 kW) zweitaktes Taktmotoren für niederländische U-Boote.[83]
  • 1919: Prosper L'Orange erhält ein Patent auf a Vorbumskammer Einlegen Sie eine Nadel ein Einspritzdüse.[84][85][73] Erster Dieselmotor von Cummins.[86][87]

1920er Jahre

Fairbanks Morse Modell 32
  • 1923: Auf der Königsberg DLG-Ausstellung wird der erste landwirtschaftliche Traktor mit einem Dieselmotor, der Prototyp Benz-Sendling S6, vorgestellt.[88]
  • 1923: 15. Dezember, der erste LKW Mit einem Direkteinspritzung Dieselmotor wird der Mann getestet. Im selben Jahr baut Benz einen Lastwagen mit einer injizierten Dieselmotor vor der Verbrennung.[89]
  • 1923: Der erste Zwei-Takt-Dieselmotor mit Gegenfucken erscheint.[90]
  • 1924: Fairbanks-Morse führt den zweitaktischen Y-VA vor (später in Modell 32 umbenannt).[91]
  • 1925: Sendling beginnt Massenproduzieren eines Diesel-landwirtschaftlichen Traktors.[92]
  • 1927: Bosch führt die erste Inline -Injektionspumpe für Kraftfahrzeugmotoren ein.[93]
  • 1929: Der erste Passagierauto mit einem Dieselmotor erscheint. Sein Motor ist ein Otto -Motor, der für die Verwendung des Dieselprinzips und die Injektionspumpe von Bosch geändert wurde. Es folgen mehrere andere Dieselwagenprototypen.[94]

1930er Jahre

  • 1933: Junkers Motorenwerke In Deutschland beginnen die Produktion des erfolgreichsten Massen-Luftfahrt-Dieselmotors aller Zeiten, die Jumo 205. Durch den Ausbruch von Zweiter WeltkriegEs werden über 900 Beispiele erstellt. Die Nennleistung beträgt 645 kW.[95]
  • 1933: General Motors verwendet seinen neuen, wurzelbrockenen, injizierten Zwei-Takt-Winton 201A-Dieselmotor, um seine Ausstellung der Automobilbaugruppe auf der Chicago World's Fair (Ein Jahrhundert des Fortschritts).[96] Der Motor wird in mehreren Versionen von 600 bis 900 PS (447–671 kW) angeboten.[97]
  • 1934: die Budd Company baut den ersten Diesel -elektrischen Passagierzug in den USA, die Pionier Zephyr 9900mit einem Winton -Motor.[96]
  • 1935: die Citroën Rosalie ist mit einem frühen Wirbelkammer injiziert Dieselmotor für Testzwecke.[98] Daimler-Benz beginnt mit der Herstellung der Mercedes-Benz OM 138, der erste massenproduzierte Dieselmotor für Pkw und eine der wenigen marktfähigen Passagier-Dieselmotoren seiner Zeit. Es ist 33 kW mit 45 ps bewertet.[99]
  • 1936: 4. März, das Luftschiff LZ 129 HindenburgDas größte Flugzeug, das jemals hergestellt wurde, nimmt zum ersten Mal ab. Sie wird von vier V16 Daimler-Benz LOF 6 Dieselmotoren mit jeweils 883 kW (jeweils 883 kW) angetrieben.[100]
  • 1936: Herstellung des ersten mit Massenproduktion produzierten Personenwagens mit einem Dieselmotor (Mercedes-Benz 260 d) beginnt.[94]
  • 1937: Konstantin Fyodorovich Chelpan entwickelt die V-2 Dieselmotor, die später im Sowjet verwendet wird T-34 Panzer, allgemein als das beste Panzerchassis des Zweiten Weltkriegs angesehen.[101]
  • 1938: General Motors bildet die GM -Dieselabteilung, später zu werden Detroit Dieselund führt die ein Serie 71 in der Reihe Hochgeschwindigkeitsmittelpower Zwei-Takt Motor, geeignet für Straßenfahrzeuge und Meeresnutzung.[102]

1940er Jahre

  • 1946: Clessie Cummins erhält ein Patent auf a Kraftstoffversorgungs- und Injektionsapparat für Ölverbrennungsmotoren Dies umfasst separate Komponenten zum Erzeugen von Injektionsdruck und Injektionszeitpunkt.[103]
  • 1946: Klöckner-humboldt-Deutz (KHD) führt einen luftgekühlten Massenproduktion-Dieselmotor auf den Markt ein.[104]

1950er Jahre

Kolben eines Mannes M-System Center Sphere Combustion Chamber Typ Dieselmotor (4 VD 14,5/12-1 SRW)
  • 1950er Jahre: Khd wird zum luftgekühlten Dieselmotor-Global Market Leader.[105]
  • 1951: J. Siegfried Meurer erhält ein Patent auf dem M-System, ein Design, das eine Brennkammer mit zentraler Kugel im Kolben (DBP 865683) enthält.[106]
  • 1953: Erster Massenproduktion Wirbelkammer injiziert Pkw -Dieselmotor (Borgward/Fiat).[75]
  • 1954: Daimler-Benz stellt den Mercedes-Benz OM 312 A vor, einen 4,6-Liter-Industrie-Dieselmotor mit einem Turbolader mit einem Turbolader mit einem Wert von 115 ps (85 kW). Es erweist sich als unzuverlässig.[107]
  • 1954: Volvo Erstellt eine kleine Batch -Serie von 200 Einheiten einer turbogeladenen Version des TD 96 -Motors. Dieser 9,6 -Liter -Motor wird mit 136 kW bewertet.[108]
  • 1955: Turbo-Ladung für den zweitakten Marine-Dieselmotoren von Mann wird Standard.[90]
  • 1959: die Peugeot 403 wird die erste mit Massenproduktion hergestellte Personenlimousine/Salon, die draußen hergestellt wird West Deutschland mit einer Dieselmotoroption angeboten werden.[109]

1960er Jahre

Mercedes-Benz OM 352, einer der ersten direkt injizierten Mercedes-Benz-Dieselmotoren. Es wurde 1963 eingeführt, aber die Massenproduktion begann erst im Sommer 1964.[110]

1970er Jahre

  • 1972: Khd stellt das Ad-System vor, Allstoff-DireKteinspritzung, (Anyfuel Direct-Injection) für seine Dieselmotoren. Ad-Diesel können praktisch jede Art von flüssigem Kraftstoff betreiben, sie sind jedoch mit einer Hilfssperrstecke ausgestattet, die feuert, wenn die Zündqualität des Kraftstoffs zu niedrig ist.[113]
  • 1976: Entwicklung der Gemeinsame Schiene Die Injektion beginnt am ETH Zürich.[114]
  • 1976: The Volkswagen Golf wird die erste kompakte Passagierlimousine/Salon, die mit einer Dieselmotoroption angeboten wird.[115][116]
  • 1978: Daimler-Benz produziert den ersten Pkw-Dieselmotor mit einem Turbolader (Mercedes-Benz OM 617).[117]
  • 1979: Erster Prototyp eines Zwei-Takt-Crosshead-Motors mit niedriger Geschwindigkeit mit gemeinsamer Schieneninjektion.[118]

1980er Jahre

BMW E28 524td, die erste mit Massen hergestellte Pkw mit einer elektronisch kontrollierten Injektionspumpe
  • 1981/82: Uniflow Scavenging für zweitaktes Marine-Dieselmotoren wird Standard.[119]
  • 1985: Dezember, Straßentests eines gemeinsamen Schienenspritzsystems für Lastwagen unter Verwendung eines modifizierten 6VD 12,5/12 GRF-E-Motors in einem IFA W50 stattfinden.[120]
  • 1986: The BMW E28 524td ist das erste Personenwagen der Welt mit einem ausgestattet elektronisch gesteuerte Injektionspumpe (entwickelt von Bosch).[75][121]
  • 1987: Daimler-Benz führt die elektronisch kontrollierte Injektionspumpe für LKW-Dieselmotoren ein.[75]
  • 1988: The Fiat Croma wird das erste mit Massenproduktion produzierte Pkw der Welt, das eine hat direkt injiziert Dieselmotor.[75]
  • 1989: The Audi 100 ist der erste Passagierauto der Welt mit einem turbogeladenen, direkt injizierten und elektronisch gesteuerten Dieselmotor.[75]

1990er Jahre

  • 1992: 1. Juli, die Euro 1 Der Emissionsstandard tritt in Kraft.[122]
  • 1993: Erster Pkw-Dieselmotor mit vier Ventilen pro Zylinder, der Mercedes-Benz OM 604.[117]
  • 1994: Einheitsinjektionssystem von Bosch für LKW -Dieselmotoren.[123]
  • 1996: Erster Dieselmotor mit Direkteinspritzung und vier Ventilen pro Zylinder, verwendet in der Opel Vectra.[124][75]
  • 1996: Erste Radialkolbenverteiler -Injektionspumpe durch Bosch.[123]
  • 1997: Erste Massenproduktion Gemeinsame Schiene Dieselmotor für einen Beifahrer, das Fiat 1.9 JTD.[75][117]
  • 1998: BMW gewinnt die 24 Stunden Nürburgring Rennen mit einem modifizierten Rennen BMW E36. Das Auto, 320D genannt, wird von einem 2-Liter-, geraden Dieselmotor mit direkter Injektion und einer Helix-kontrollierten Händler-Injektionspumpe (Bosch VP 44) mit 180 kW angetrieben. Der Kraftstoffverbrauch beträgt 23 l/100 km, nur die Hälfte des Kraftstoffverbrauchs eines ähnlichen Otto-Fahrzeugs.[125]
  • 1998: Volkswagen führt den VW EA188 Pumpe-Düse-Motor (1,9 TDI) mit bosch entwickelten elektronisch gesteuert Einspritzdüsen.[117]
  • 1999: Daimler-Chrysler präsentiert den ersten Gemeinsame Schiene Dreizylinder-Dieselmotor in einem Personenwagen (der verwendet Smart City Coupé).[75]

2000er Jahre

Audi R10 TDI, 2006 24 Stunden von Le Mans Gewinner.

2010er

Betriebsprinzip

Überblick

Die Eigenschaften eines Dieselmotors sind[135]

  • Gebrauch von Kompressionszündung, anstelle einer Zündung wie a Zündkerze.
  • Interne Mischung. In Dieselmotoren wird die Mischung aus Luft und Kraftstoff nur in der Brennkammer gebildet.
  • Qualitätsmomentkontrolle. Die Menge an Drehmoment, die ein Dieselmotor produziert Maximiert zu jeder Zeit und der Drehmomentausgang wird ausschließlich durch Steuerung der Menge an injiziertem Kraftstoff reguliert.
  • Hoch Luftstoffverhältnis. Dieselmotoren laufen mit globalen Luftstoffverhältnissen signifikant schlanker als die stöchiometrisches Verhältnis.
  • Diffusionsflamme: Bei der Verbrennung muss Sauerstoff zuerst in die Flamme diffundieren, anstatt vor der Verbrennung bereits Sauerstoff und Kraftstoff gemischt zu haben, was zu einem führen würde vorgemischte Flamme.
  • Heterogen Luftkraftstoffgemisch: In Dieselmotoren gibt es im Zylinder keine gleichmäßige Dispersion von Kraftstoff und Luft. Dies liegt daran, dass der Verbrennungsprozess am Ende der Injektionsphase beginnt, bevor eine homogene Mischung aus Luft und Kraftstoff gebildet werden kann.
  • Präferenz für den Kraftstoff, eine hohe Zündleistung zu erzielen (Cetan-Zahl), anstatt einen hohen Klopfwiderstand (Oktanzahl) Das wird für Benzinmotoren bevorzugt.

Thermodynamischer Zyklus

PV -Diagramm Für den idealen Dieselzyklus (der den Zahlen 1–4 im Uhrzeigersinn folgt). Die horizontale Achse ist das Zylindervolumen. Im Dieselzyklus tritt die Verbrennung bei nahezu konstantem Druck auf. Auf diesem Diagramm entspricht die für jeden Zyklus erzeugte Arbeit dem Bereich innerhalb der Schleife.
Dasselmotormodell, linke Seite
Dasselmotormodell, rechte Seite

Der Diesel -Verbrennungsmotor unterscheidet sich vom Benzin angetrieben Otto -Zyklus Durch die Verwendung von stark komprimierter heißer Luft, um den Kraftstoff zu entzünden, anstatt eine Zündkerze zu verwenden ((Kompressionszündung statt Funkenentzündung).

Im Dieselmotor wird zunächst nur Luft in die Brennkammer eingeführt. Die Luft wird dann mit einem Kompressionsverhältnis komprimiert, typischerweise zwischen 15: 1 und 23: 1. Diese hohe Kompression führt dazu, dass die Lufttemperatur steigt. An der Oberseite des Kompressionsschlags wird der Kraftstoff direkt in die Druckluft in der Brennkammer injiziert. Dies kann in a (typischerweise Toroidal) Leere in der Oberseite des Kolbens oder a Vorkammer abhängig vom Design des Motors. Der Kraftstoffinjektor stellt sicher, dass der Kraftstoff in kleine Tröpfchen zerlegt wird und der Kraftstoff gleichmäßig verteilt wird. Die Wärme der Druckluft verdampft Kraftstoff von der Oberfläche der Tröpfchen. Der Dampf wird dann durch die Wärme aus der Druckluft in der Brennkammer entzündet. Die Tröpfchen verdampfen weiterhin von ihren Oberflächen und verbrennen, werden kleiner, bis der gesamte Treibstoff in den Tröpfchen verbrannt wurde. Die Verbrennung tritt während des anfänglichen Teils des Stromhubs bei einem wesentlich konstanten Druck auf. Der Beginn der Verdampfung führt zu einer Verzögerung vor der Zündung und der charakteristische Dieselklopfgeräusch, wenn der Dampf die Zündtemperatur erreicht und einen abrupten Druckerhöhung über dem Kolben (nicht auf dem P-V-Indikatordiagramm gezeigt). Wenn die Verbrennung abgeschlossen ist, expandieren die Verbrennungsgase, wenn der Kolben weiter abfällt. Der Hochdruck im Zylinder treibt den Kolben nach unten und versorgt die Kurbelwelle.

Sowie das hohe Komprimierungsgrad, der die Verbrennung ohne separates Zündsystem ermöglicht, eine Hochzeit Kompressionsrate Erhöht die Effizienz des Motors stark. Erhöhen des Kompressionsverhältnisses in einem Funken-Anmotor, bei dem Kraftstoff und Luft vor dem Eintritt in den Zylinder gemischt sind Vorabneuung, was Motorschäden verursachen würde. Da nur Luft in einem Dieselmotor komprimiert wird und Kraftstoff erst kurz vor der obersten toten Mitte in den Zylinder eingeführt wird (Treibstoff (TDC) Die vorzeitige Detonation ist kein Problem und die Kompressionsverhältnisse sind viel höher.

Das P -V -Diagramm ist eine vereinfachte und idealisierte Darstellung der Ereignisse, die an einem Dieselmotorenzyklus beteiligt sind, um die Ähnlichkeit mit a zu veranschaulichen Carnot -Zyklus. Ab 1 befindet sich der Kolben in der untersten Mitte und beide Ventile sind zu Beginn des Kompressionsschlags geschlossen. Der Zylinder enthält Luft bei atmosphärischem Druck. Zwischen 1 und 2 wird die Luft adiabatisch - dh ohne Wärmeübertragung in oder von der Umwelt - vom steigenden Kolben komprimiert. (Dies gilt nur ungefähr, da es einen Wärmeaustausch mit den Zylinderwänden gibt.) Während dieser Kompression ist das Volumen verringert, der Druck und die Temperatur ansteigen. Bei oder leicht vor 2 (TDC) Kraftstoff injiziert und verbrennt in der komprimierten heißen Luft. Chemische Energie wird freigesetzt und dies ist eine Injektion von Wärmeenergie (Wärme) in das Druckgas. Verbrennung und Heizung treten zwischen 2 und 3 auf. In diesem Intervall bleibt der Druck konstant, da der Kolben abfällt und das Volumen zunimmt; Die Temperatur steigt als Folge der Energie der Verbrennung. Bei 3 Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung sind abgeschlossen, und der Zylinder enthält Gas bei einer höheren Temperatur als bei 2 zwischen 3 und 4. Dieses heiße Gas dehnt sich wieder ungefähr adiabatisch aus. Die Arbeiten erfolgen an dem System, an das der Motor angeschlossen ist. Während dieser Expansionsphase steigt das Volumen des Gases und seine Temperatur und der Druck fallen beide. Bei 4 öffnet sich das Auspuffventil und der Druck fällt abrupt (ungefähr) auf Atmosphärische. Dies ist eine unressistierte Expansion und es wird keine nützliche Arbeit erledigt. Idealerweise sollte die adiabatische Ausdehnung fortgesetzt werden und die Linie 3–4 nach rechts verlängert müsste viel größer sein). Nach der Öffnung des Abgasventils folgt der Abgasstrich, aber dieser (und der folgende Induktionshub) ist auf dem Diagramm nicht gezeigt. Wenn sie angezeigt werden, würden sie durch eine Niederdruckschleife am Boden des Diagramms dargestellt. Bei 1 wird angenommen, dass die Abgas- und Induktionsstriche abgeschlossen wurden und der Zylinder wieder mit Luft gefüllt ist. Das Kolbenzylindersystem absorbiert Energie zwischen 1 und 2-dies ist die Arbeit, die zur Komprimierung der Luft im Zylinder erforderlich ist, und wird durch mechanische kinetische Energie bereitgestellt, die im Schwungrad des Motors gespeichert ist. Die Arbeitsausgabe erfolgt durch die Kolbenzylinderkombination zwischen 2 und 4. Die Differenz zwischen diesen beiden Arbeitsschritten ist der angegebene Arbeitsausgang pro Zyklus und wird durch die von der P-V-Schleife eingeschlossene Fläche dargestellt. Die adiabatische Expansion liegt in einem höheren Druckbereich als der der Kompression, da das Gas im Zylinder während der Ausdehnung heißer ist als während der Kompression. Aus diesem Grund hat die Schleife eine endliche Fläche und die Nettoausgabe der Arbeit während eines Zyklus ist positiv.[136]

Effizienz

Das Kraftstoffeffizienz von Dieselmotoren ist besser als die meisten anderen Arten von Verbrennungsmotoren,[137][138] Aufgrund ihres hohen Kompressionsverhältnisses hoch Luft -Brennstoff -Äquivalenzverhältnis (λ),[139] und das Fehlen von Einlassluftbeschränkungen (d. H. Gasventile). Theoretisch beträgt die höchstmögliche Effizienz für einen Dieselmotor 75%.[140] In der Praxis ist die Effizienz jedoch viel niedriger, mit Effizienz von bis zu 43% für Personenwagen -Motoren.[141] Bis zu 45% für große Lkw- und Busmotoren und bis zu 55% für große zweitaktes Marinemotoren.[1][142] Der durchschnittliche Wirkungsgrad gegenüber einem Fahrzeugfahrzyklus ist niedriger als der Spitzeneffizienz des Dieselmotors (z. B. eine durchschnittliche Effizienz von 37% für einen Motor mit einem Spitzenwirkungsgrad von 44%).[143] Das liegt daran, dass die Kraftstoffeffizienz eines Dieselmotors bei niedrigeren Lasten sinkt. Sie fällt jedoch nicht so schnell wie die Otto (Spark Ignition) -Motor.[144]

Emissionen

Dieselmotoren sind Verbrennungsmotoren und emittieren daher Verbrennungsprodukte in ihren Abgas. Aufgrund unvollständiger Verbrennung,,[145] Dieselmotorabgase umfassen Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Partikel, und Stickoxide Schadstoffe. Etwa 90 Prozent der Schadstoffe können unter Verwendung der Abgasbehandlungstechnologie aus dem Abgas entfernt werden.[146][147] Straßenfahrzeugmotoren haben keine Schwefeldioxidemissionen, da seit 2003 Kraftfahrzeug -Dieselbrennstoffschachtel schwefelfrei ist.[148] Helmut Tschöke argumentiert, dass Partikel aus Kraftfahrzeugen negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben.[149]

Die Partikel in Dieselabgasemissionen werden manchmal als klassifiziert als Karzinogen oder "wahrscheinliches Karzinogen" und ist bekanntermaßen das Risiko für Herz- und Atemwegserkrankungen erhöht.[150]

Elektrisches System

Grundsätzlich erfordert ein Dieselmotor kein elektrisches System. Die meisten modernen Dieselmotoren sind jedoch mit einer elektrischen Kraftstoffpumpe und einer elektronischen Motorsteuereinheit ausgestattet.

In einem Dieselmotor gibt es jedoch kein elektrisches Hochspannungs-Zündsystem. Dies eliminiert eine Quelle von Funkfrequenzemissionen (Dies kann die Navigations- und Kommunikationsgeräte beeinträchtigen), weshalb in einigen Teilen des Amerikaners nur dieselbetriebene Fahrzeuge erlaubt sind National Radio Quiet Zone.[151]

Drehmomentkontrolle

Um den Drehmomentausgang zu einem bestimmten Zeitpunkt zu steuern (d. H. Wenn der Fahrer eines Autos das anpasst Gaspedal, a Gouverneur Passt die in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge ein. In der Vergangenheit wurden mechanische Gouverneure verwendet, aber elektronische Gouverneure sind in modernen Motoren häufiger. Mechanische Gouverneure werden normalerweise vom Motor angetrieben Zubehörgürtel oder ein Gangantriebssystem[152][153] Verwenden Sie eine Kombination aus Federn und Gewichten, um die Kraftstoffabgabe relativ zu Last und Geschwindigkeit zu kontrollieren.[152] Elektronisch ausgebildete Motoren verwenden eine elektronische Kontrolleinheit (ECU) oder elektronisches Steuerungsmodul (ECM) zur Steuerung der Kraftstoffausgabe. Das ECM/ECU verwendet verschiedene Sensoren (z. B. Motordrehzahlsignal, Ansaugkrümmerdruck und Kraftstofftemperatur), um die in den Motor injizierte Kraftstoffmenge zu bestimmen.

Aufgrund der konstanten Luftmenge (für eine gegebene Drehzahl), während die Menge an Kraftstoff variiert, werden sehr hohe ("mager") Luftkraftstoffverhältnisse in Situationen verwendet, in denen minimales Drehmomentleistung erforderlich ist. Dies unterscheidet sich von einem Benzinmotor, wo a Gaspedal wird verwendet, um auch die Menge an Einlassluft im Rahmen der Regulierung des Drehmoments des Motors zu reduzieren. Die Steuerung des Zeitpunkts des Einspritzung des Kraftstoffs in den Zylinder ähnelt der Steuerung des Zündzeitpunkts in einem Benzinmotor. Es ist daher ein Schlüsselfaktor bei der Steuerung des Ausgangs, des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen.

Einstufung

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Dieselmotoren zu kategorisieren, wie in den folgenden Abschnitten beschrieben.

Drehzahlbetriebsbereich

Günter Mau kategorisiert Dieselmotoren durch ihre Rotationsgeschwindigkeiten in drei Gruppen:[154]

  • Hochgeschwindigkeitsmotoren (> 1.000 U / min),
  • Motoren mit mittlerer Geschwindigkeit (300–1.000 U / min) und
  • Langsamgeschwindigkeitsmotoren (<300 U / min).
Hochgeschwindigkeitsmotoren

Hochgeschwindigkeitsmotoren werden verwendet, um Strom zu versorgen Lastwagen (Lastwagen), Busse, Traktoren, Autos, Yachten, Kompressoren, Pumps und Klein Elektrogeneratoren.[155] Ab 2018 haben die meisten Hochgeschwindigkeitsmotoren direkte Injektion. Viele moderne Motoren, insbesondere in Anwendungen auf der Straße, haben Gemeinsame Schiene direkte Injektion.[156] Auf größeren Schiffen werden Hochgeschwindigkeits-Dieselmotoren häufig für die Stromversorgung von Elektrogeneratoren verwendet.[157] Die höchste Leistung von Hochgeschwindigkeits-Dieselmotoren beträgt ungefähr 5 MW.[158]

Dieselmotoren mit mittlerer Geschwindigkeit
Stationärer 12 Zylinder-Turbodieselmotor gekoppelt mit einem Generator, der für Hilfsstrafe eingestellt ist

Mediengeschwindigkeitsmotoren werden in großen Elektrogeneratoren, Eisenbahn, verwendet Diesellokomotiven, Schiffsantrieb und mechanische Antriebsanwendungen wie große Kompressoren oder Pumpen. Dieselmotoren mit mittlerer Geschwindigkeit arbeiten entweder mit Dieselkraftstoff oder schweres Heizöl durch direkte Injektion auf die gleiche Weise wie niedrige Geschwindigkeitsmotoren. Normalerweise sind sie vier Takt-Motoren mit Kofferkolben;[159] Eine bemerkenswerte Ausnahme ist die EMD 567, 645, und 710 Motoren, die alle zwei Takten sind.[160]

Die Leistung von Dieselmotoren mit mittlerer Geschwindigkeit kann bis zu 21.870 kW betragen.[161] mit der effektiven Effizienz von rund 47 ... 48% (1982).[162] Die meisten größeren Mittelgeschwindigkeitsmotoren werden mit Druckluft direkt auf Kolben mit einem Luftvertreiber gestartet, im Gegensatz zu einem auf dem Schwungrad wirkenden pneumatischen Startmotor, der für kleinere Motoren verwendet wird.[163]

Mediengeschwindigkeitsmotoren, die für Meeresanwendungen bestimmt sind, werden normalerweise zur Stromversorgung verwendet (Ro-Ro) Fähren, Personenschiffe oder kleine Güterschiffe. Die Verwendung von Motoren mit mittlerer Geschwindigkeit senkt die Kosten kleinerer Schiffe und erhöht ihre Transportkapazität. Darüber hinaus kann ein einzelnes Schiff zwei kleinere Motoren anstelle eines großen Motors verwenden, was die Sicherheit des Schiffes erhöht.[159]

Dieselmotoren mit niedriger Geschwindigkeit
Der Mann B & W 5S50MC 5-Zylinder, 2-Takt-Marine-Dieselmotor mit niedrigem Geschwindigkeit. Dieser spezielle Motor befindet sich an Bord eines Chemieinträgers von 29.000 Tonnen.

Dieselmotoren mit niedriger Geschwindigkeit sind in der Regel sehr groß und werden hauptsächlich zur Stromversorgung verwendet Schiffe. Es gibt zwei verschiedene Arten von Low-Geschwindigkeits-Motoren, die häufig verwendet werden: zwei Taktmotoren mit einem Kreuzkopf und Viertaktmotoren mit einem normalen Kofferkolben. Zweitaktmotoren haben eine begrenzte Rotationsfrequenz und ihr Ladungsaustausch ist schwieriger, was bedeutet, dass sie normalerweise größer sind als Vier-Takt-Motoren und verwendet den Propeller eines Schiffes direkt. Viertaktmotoren auf Schiffen werden normalerweise verwendet, um einen elektrischen Generator mit Strom zu versorgen. Ein Elektromotor versorgt den Propeller.[154] Beide Typen sind normalerweise sehr unterdrückt.[164] Low-Peed-Dieselmotoren (wie in Schiffen und anderen Anwendungen verwendet, bei denen das Gesamtmotorengewicht relativ unwichtig ist) haben häufig eine wirksame Effizienz von bis zu 55%.[1] Wie mit mittlerer Geschwindigkeit werden Motoren mit niedriger Geschwindigkeit mit Druckluft begonnen und verwenden schweres Öl als primärer Kraftstoff.[163]

Verbrennungszyklus

Schema eines Zweitakt-Dieselmotors mit einem Wurzelgebläse
Detroit Diesel -Timing

Viertaktmotoren Verwenden Sie den zuvor beschriebenen Verbrennungszyklus.

Zweiungs-Enginess Verwenden Sie einen Verbrennungszyklus, der in zwei Schlägen anstelle von vier Schlägen abgeschlossen ist. Das Füllen des Zylinders mit Luft und Komprimierung erfolgt in einem Schlag, und die Strom- und Abgasstriche werden kombiniert. Die Komprimierung in einem Zwei-Takt-Dieselmotor ähnelt der Kompression, die in einem Vier-Takt-Dieselmotor stattfindet: Wenn der Kolben durch das untere Mitte geht und nach oben startet, beginnt die Kompression, die in Kraftstoffeinspritzung und Zündung gipfelt. Anstelle eines vollständigen Satzes von Ventilen haben Zweitakt-Dieselmotoren einfache Ansauganschlüsse und Auspuffanschlüsse (oder Abgasventile). Wenn sich der Kolben nähert, sind sowohl die Aufnahme als auch die Auspuffanschlüsse "offen", was bedeutet, dass im Zylinder einen atmosphärischen Druck vorhanden ist. Daher ist eine Art Pumpe erforderlich, um die Luft in den Zylinder und die Verbrennungsgase in den Auspuff zu blasen. Dieser Prozess wird genannt Scavenging. Der erforderliche Druck beträgt ungefähr 10 bis 30 kPa.[165]

Aufgrund des Mangels an diskreten Abgas- und Ansaugschlägen verwenden alle Zweitakt-Dieselmotoren a Schnurrengebläse oder eine Form von Kompressor, um die Zylinder mit Luft zu laden und beim Abrufen zu helfen.[165] Für Schiffsmotoren wurden bis Mitte der 1950er Jahre Wurzel-Supercharger verwendet. Seit 1955 wurden sie jedoch durch Turbolader weit verbreitet.[166] Normalerweise hat ein Zwei-Takt-Schiff-Dieselmotor einen einstufigen Turbolader mit einer Turbine mit einem axialen Zufluss und einem radialen Abfluss.[167]

Scavenging in zwei Taktmotoren

Im Allgemeinen sind drei Arten von Scavenging möglich:

Das Cross -Abfluss ist unvollständig und begrenzt den Schlaganfall, aber einige Hersteller haben ihn verwendet.[168] Reverse Flow Scavenging ist eine sehr einfache Art zu fangen und war bis in die frühen 1980er Jahre bei den Herstellern beliebt. Uniflow -Schnitthäuser sind komplizierter zu machen, ermöglicht jedoch die höchste Kraftstoffeffizienz. Seit den frühen 1980er Jahren haben Hersteller wie Man und Sulzer auf dieses System gewechselt.[119] Es ist Standard für moderne Zweitakt-Dieselmotoren.[3]

Kraftstoff verwendet

Sogenannte Dual-Kraft-Dieselmotoren oder Gasdieselmotoren verbrennen zwei verschiedene Arten von Kraftstoff gleichzeitigZum Beispiel ein Gaskraftstoff- und Dieselmotor -Kraftstoff. Der Dieselmotor-Kraftstoffautoridentors aufgrund der Kompressionszündung und dann den gasförmigen Kraftstoff entzündet. Solche Motoren benötigen keine Funkenzündung und arbeiten ähnlich wie bei regulären Dieselmotoren.[169]

Kraftstoffeinspritzung

Der Kraftstoff wird mit hohem Druck in beide in die Injektion injiziert Brennkammer, die "Wirbelkammer" oder die "Pre-Camber"[135] (Im Gegensatz zu älteren Benzinmotoren, bei denen der Kraftstoff in die hinzugefügt wird Einlassverteiler oder Vergaser). Motoren, bei denen der Kraftstoff in die Hauptverbrennungskammer injiziert wird, werden als "Direktinjektion" (DI) -Motoren bezeichnet, während diejenigen, die eine Wirbelkammer oder eine Vorkammer verwenden, als "indirekte Injektion" (IDI) -Motoren bezeichnet werden.[170]

Direkte Injektion

Verschiedene Arten von Kolbenschalen

Die meisten Direkteinspritzmotoren haben einen Brennbecher im Oberteil des Kolbens, wo der Kraftstoff besprüht wird. Viele verschiedene Injektionsmethoden können angewendet werden. Normalerweise hat ein Motor mit Helix-kontrollierter mechanischer Direktinjektion entweder eine Inline- oder eine Verteiler-Injektionspumpe.[152] Für jeden Motorzylinder misst der entsprechende Kolben in der Kraftstoffpumpe die korrekte Kraftstoffmenge und bestimmt den Zeitpunkt jeder Injektion. Diese Motoren verwenden Injektoren Das sind sehr präzise federbelastete Ventile, die sich mit einem bestimmten Kraftstoffdruck öffnen und schließen. Separate Hochdruckkraftstoffleitungen verbinden die Kraftstoffpumpe mit jedem Zylinder. Das Kraftstoffvolumen für jede einzelne Verbrennung wird durch ein schräg gesteuert Rille In dem Kolben, der nur wenige Grad dreht, die den Druck freisetzen und von einem mechanischen Gouverneur gesteuert werden, bestehend aus Gewichten, die bei der durch Federn eingeschränkten Motordrehzahl und eines Hebels drehen. Die Injektoren werden durch den Kraftstoffdruck offen gehalten. Bei Hochgeschwindigkeitsmotoren befinden sich die Kolbenpumpen zusammen in einer Einheit.[171] Die Länge der Kraftstoffleitungen von der Pumpe zu jedem Injektor ist normalerweise für jeden Zylinder gleich, um die gleiche Druckverzögerung zu erhalten. Direkt injizierte Dieselmotoren verwenden normalerweise Kraftstoffinjektoren vom Typ Öffnung.[172]

Die elektronische Kontrolle der Kraftstoffeinspritzung transformierte den Direkteinspritzmotor, indem die Verbrennung eine viel größere Kontrolle ermöglichte.[173]

Gemeinsame Schiene

Gemeinsame Schiene (CR) Direkteinspritzsysteme verfügen nicht über die Kraftstoffmess-, Druck- und Abgabefunktionen in einer einzigen Einheit, wie beispielsweise bei einer Bosch-Händlerpumpe. Eine Hochdruckpumpe liefert die Cr. Die Anforderungen jedes Zylinderinjektors werden aus diesem gemeinsamen Hochdruckreservoir von Kraftstoff geliefert. Ein elektronischer Dieselsteuerung (EDC) steuert je nach Motorbetriebsbedingungen sowohl den Schienendruck als auch die Injektionen. Die Injektoren älterer CR -Systeme haben Magnet-Ververschiebte Einleger zum Anheben der Injektionsnadel, während neuere CR -Injektoren von Tiefern verwendet werden, die von gesteuert werden piezoelektrisch Aktuatoren, die weniger bewegende Masse haben und daher in sehr kurzer Zeit noch mehr Injektionen zulassen.[174] Das frühe gemeinsame Schienensystem wurde mit mechanischen Mitteln gesteuert.

Der Injektionsdruck moderner CR -Systeme reicht von 140 MPa bis 270 MPa.[175]

Indirekte Injektion

Ricardo Comet Indirect Injection Chamber

Ein indirekter Diesel-Injektionssystem (IDI) -Motor liefert Kraftstoff in eine kleine Kammer, die als Wirbelkammer, Vorbumkammer, Vorkammer oder Vorkammer bezeichnet wird und durch einen schmalen Luftpassy an den Zylinder an den Zylinder angeschlossen ist. Im Allgemeinen ist es das Ziel der Vorkammer, erhöhte Erhöhungen zu schaffen Turbulenz Für eine bessere Luft- / Kraftstoffmischung. Dieses System ermöglicht auch einen glatteren, ruhigeren laufenden Motor und da die Kraftstoffmischung durch Turbulenzen unterstützt wird, Injektor Drücke können niedriger sein. Die meisten IDI -Systeme verwenden einen einzelnen Öffnungsinjektor. Der Vorkammer hat den Nachteil der Senkung der Effizienz aufgrund des erhöhten Wärmeverlusts des Kühlsystems des Motors, wodurch das Verbrennen der Verbrennung eingeschränkt wird, wodurch die Effizienz um 5–10%verringert wird. IDI -Motoren sind auch schwieriger zu starten und erfordern normalerweise die Verwendung von Glühstopfen. IDI -Motoren sind möglicherweise billiger zu bauen, erfordern jedoch im Allgemeinen ein höheres Kompressionsverhältnis als das DI -Gegenstück. IDI erleichtert es auch einfacher, glatte, ruhigere Laufmotoren mit einem einfachen mechanischen Injektionssystem zu produzieren, da das genaue Injektionszeitpunkt nicht so kritisch ist. Die meisten modernen Automotoren sind DI, die die Vorteile einer größeren Effizienz und einer einfacheren Start haben. IDI -Motoren finden sich jedoch weiterhin in den vielen ATV- und kleinen Dieselanwendungen.[176] Indirekte Injizier-Dieselmotoren verwenden Einspritzdüsen vom Typ Pintle-Typ.[172]

Luftrastinjektion

Typischer luftblastem injiziertes Dieselmotor des frühen 20. Jahrhunderts mit 59 kW.

Frühe Dieselmotoren injizierten Kraftstoff mit Hilfe von Druckluft, was den Kraftstoff zerfiel und ihn durch eine Düse in den Motor zwang (ein ähnliches Prinzip wie ein Aerosolspray). Die Düsenöffnung wurde durch a geschlossen Stiftventil durch die betätigt Nockenwelle. Obwohl der Motor auch einen Luftkompressor für die Luftverlustinjektion anführen musste, war die Effizienz dennoch besser als andere Verbrennungsmotoren der Zeit.[46] Das System war jedoch schwer und reagierte langsam auf sich ändernde Drehmomentanforderungen, was es für Straßenfahrzeuge ungeeignet machte.[177]

Einspritzdüsen

A Einheitsinjektor System, auch bekannt als "Pumpe-Düse" (Pump-Nozzle auf Deutsch) kombiniert die Injektor- und Kraftstoffpumpe zu einer einzelnen Komponente, die über jedem Zylinder positioniert ist. Dies eliminiert die Hochdruckbrennstoffleitungen und erreicht eine konsistentere Injektion. Bei voller Belastung kann der Einspritzdruck bis zu 220 MPa erreichen.[178] Einheitsinjektoren werden von a betrieben Nocken und die Menge des injizierten Kraftstoffs wird entweder mechanisch (durch einen Rack oder Hebel) oder elektronisch gesteuert.

Aufgrund der erhöhten Leistungsanforderungen wurden Einspritzdüsen weitgehend durch Injektionssysteme für gemeinsame Rechte ersetzt.[156]

Dieselmotoren Besonderheiten

Masse

Der durchschnittliche Dieselmotor hat ein schlechteres Verhältnis von Strom zu Masse als ein gleichwertiger Benzinmotor. Die niedrigeren Motordrehzahl (U / min) typischer Dieselmotoren führen zu einem niedrigeren Energie Ausgang.[179] Außerdem ist die Masse eines Dieselmotors typischerweise höher, da der höhere Betriebsdruck innerhalb der Brennkammer die inneren Kräfte erhöht, was stärkere (und daher schwerere) Teile erfordert, um diesen Kräften standzuhalten.[180]

Rauschen ('Dieselklatter')

Motorgeräusch einer 1950er Jahre MWM AKD 112 Z Zweizylinder Dieselmotor im Leerlauf

Das charakteristische Geräusch eines Dieselmotors, insbesondere bei Leerlaufgeschwindigkeiten, wird manchmal als "Dieselklatter" bezeichnet. Dieses Geräusch wird größtenteils durch die plötzliche Zündung des Dieselbrennstoffs verursacht, wenn sie in die Brennkammer injiziert wird, was eine Druckwelle verursacht, die nach Klopfen klingt.

Motordesigner können Dieselklappern durch: indirekte Injektion reduzieren; Pilot oder Vorinjektion;[181] Injektionszeitpunkt; Injektionsrate; Kompressionsrate; Turbo Schub; und Abgasrezirkulation (EGR).[182] Gemeinsame Dieseleinspritzsysteme ermöglichen mehrere Injektionsereignisse als Hilfsmittel zur Geräuschreduzierung. Durch solche Maßnahmen wird das Dieselklappergeräusch in modernen Motoren stark reduziert. Dieselbrennwerke mit einem höheren Cetane Die Bewertung zündet sich eher an und reduziert daher die Dieselklatter.[183]

Kaltes Wetter beginnt

In wärmeren Klimazonen benötigen Dieselmotoren keine Starthilfe (abgesehen von der Anlasser). Viele Dieselmotoren umfassen jedoch eine Form des Vorheizens für die Brennkammer, um bei kalten Bedingungen zu beginnen. Motoren mit einer Verschiebung von weniger als 1 Liter pro Zylinder haben normalerweise Glühen, während größere Hochleistungsmotoren haben Flammenstartsysteme.[184] Die minimale Starttemperatur, die das Starten ohne Vorheizen ermöglicht, beträgt 40 ° C für Vorbumskammermotoren, 20 ° C für Wirbelkammermotoren und 0 ° C für direkt injizierte Motoren.

In der Vergangenheit wurde eine größere Vielfalt an Kaltstartmethoden verwendet. Einige Motoren, wie z. Detroit Diesel Motoren verwendet[wenn?] ein System zur Einführung kleiner Mengen von Äther in den Einlassverteiler, um die Verbrennung zu beginnen.[185] Anstelle von Glowplugs sind einige Dieselmotoren mit Starthilfesystemen ausgestattet, die das Ventil -Timing ändern. Der einfachste Weg, wie dies getan werden kann, ist ein Dekompressionshebel. Die Aktivierung des Dekompressionshebels sperrt die Auslassventile in einer leichten Abwärtsposition, was dazu führt, dass der Motor keine Kompression aufweist und damit die Kurbelwelle mit deutlich weniger Widerstand umdrehen. Wenn die Kurbelwelle eine höhere Geschwindigkeit erreicht, aktiviert das Umdrehen des Dekompressionshebels in ihre normale Position abrupt die Auslassventile, was zu Kompression führt-das Schwungrad des Schwungrads Massenmoment der Trägheit Dann startet der Motor.[186] Andere Dieselmotoren wie die Vorbumskammermotor XII JV 170/240 von Ganz & Co. haben ein Ventil -Timing -Wechselsystem, das durch Einstellen der Einlassventil -Nockenwelle betrieben wird und sie in eine leichte "späte" Position verschiebt. Dadurch wird die Einlassventile mit einer Verzögerung geöffnet und die Einlassluft beim Eingeben in die Brennkammer erzwingen.[187]

Aufladung & Turbo -Ladung

1980er Jahre BMW M21 Pkw-Turbodieselmotor

ZwangsinduktionInsbesondere Turbo -Ladung wird häufig bei Dieselmotoren verwendet, da es die Effizienz und die Drehmomentleistung erheblich erhöht.[188] Dieselmotoren eignen sich aufgrund ihres Betriebsprinzips, der durch breite Zündgrenzen gekennzeichnet ist[135] und das Fehlen von Kraftstoff während des Kompressionshubs. Daher kann das Klopfen, die Voranweisung oder eine Detonation nicht auftreten, und eine magere Mischung, die durch überschüssige Aufladeluft in der Brennkammer verursacht wird, wirkt sich nicht negativ auf die Verbrennung aus.[189]

Kraftstoff- und Flüssigkeitseigenschaften

Dieselmotoren können eine Vielzahl von Kraftstoffen verbrennen, darunter mehrere Heizöle, die Vorteile gegenüber Kraftstoffen wie Benzin haben. Diese Vorteile umfassen:

    • Niedrige Kraftstoffkosten, da Heizöle relativ günstig sind
    • Gute Schmierung Eigenschaften
    • Hohe Energiedichte
    • Geringes Risiko, Feuer zu fangen, da sie keinen brennbaren Dampf bilden
    • Biodiesel ist ein leicht synthetisierter, nicht petroleumbasierter Kraftstoff (durch Umesterung) die direkt in vielen Dieselmotoren laufen kann, während Benzinmotoren entweder Anpassung benötigen, um zu rennen synthetische Kraftstoffe oder verwenden Sie sie als Zusatz für Benzin (z. B.,, Ethanol hinzugefügt zu Gasohol).

In Dieselmotoren atomisiert ein mechanisches Injektorsystem den Kraftstoff direkt in die Brennkammer (im Gegensatz zu a Venturi Jet in einem Vergaser oder a Einspritzdüse In einem Verteiler -Injektionssystem, das Kraftstoff in den Ansaugkrümmer oder die Ansaugläufer wie in einem Benzinmotor zermürt). Da nur Luft in einem Dieselmotor in den Zylinder aufgenommen wird, kann das Kompressionsverhältnis viel höher sein, da das Risiko einer Vorneuung besteht, sofern der Injektionsprozess genau zeitlich abgestimmt ist.[189] Dies bedeutet, dass die Zylindertemperaturen in einem Dieselmotor viel höher sind als ein Benzinmotor, so dass weniger flüchtige Kraftstoffe verwendet werden können.

Der Mann 630er Jahre M-System Dieselmotor ist ein Benzinmotor (für die NATO F 46/F 50 Benzin ausgestattet), aber auch mit Strahlkraftstoff (NATO F 40/F 44), Kerosin, (NATO F 58) und Dieselmotor (Kraftstoff (Dieselmotor) (Kraftstoff (Dieselmotor) (Kraftstoff (NATO F 58) (NATO F 40/F 44) läuft, und den Treibstoff (Dieselmotor) (Kraftstoff (Diesel) (NATO F 58) und Derselmotor (Kraftstoff) (NATO F 58) (NATO F 40/F 44) und Derselmotor (Kraftstoff) (NATO F 58) und Dersel Motor (Kraftstoff NATO F 54/F 75)

Daher können Dieselmotoren eine Vielzahl verschiedener Kraftstoffe betreiben. Im Allgemeinen sollte Kraftstoff für Dieselmotoren ein angemessenes haben Viskosität, so, dass die Einspritzpumpe Kann den Kraftstoff in die Injektionsdüsen pumpen, ohne sich selbst oder Korrosion der Kraftstoffleitung zu beschädigen. Bei der Injektion sollte der Kraftstoff ein gutes Kraftstoffspray bilden, und er sollte keinen Abschluss auf die Injektionsdüsen haben. Um einen ordnungsgemäßen Start und den reibungslosen Betrieb zu gewährleisten, sollte der Kraftstoff bereit sein, sich zu entzünden und daher keine hohe Zündverzögerung zu verursachen (dies bedeutet, dass der Kraftstoff eine Hoch haben sollte Cetan-Zahl). Dieselkraftstoff sollte auch einen hohen haben unteren Heizwert.[190]

Inline-mechanische Injektorpumpen tolerieren im Allgemeinen schlechter Qualität oder Bio-Fucken als Händlerpumpen. Außerdem laufen indirekte Injektionsmotoren im Allgemeinen zufriedenstellender auf Kraftstoffen mit einer hohen Zündverzögerung (z. B. Benzin) als Direkteinspritzmotoren.[191] Dies liegt teilweise daran, dass ein indirekter Injektionsmotor einen viel größeren "Wirbel" -Effekt hat, die Verdampfung und Verbrennung von Kraftstoff verbessert und (im Fall von Kraftstoffen im Pflanzenöl) Lipid Ablagerungen können an den Zylinderwänden eines Direktinjektionsmotors kondensieren, wenn die Verbrennungstemperaturen zu niedrig sind (z. B. den Motor von Kälte starten). Direkteinspritzung Motoren mit einem MAN CENTER SPHERE Verbrennungskammer Verlassen Sie sich auf die Brennstoffverkessung an den Brennkammerwänden. Der Kraftstoff beginnt erst nach dem Einsetzen der Zündung zu verdampfen und brennt relativ reibungslos. Daher tolerieren solche Motoren auch Brennstoffe mit schlechten Merkmalen der Zündverzögerung und können im Allgemeinen auf Benzin bewertet 86 arbeiten Ron.[192]

Kraftstofftypen

In seiner Arbeit von 1893 Theorie und Konstruktion eines rationalen WärmemotorsRudolf Diesel berücksichtigt die Verwendung Kohlenstaub als Kraftstoff für den Dieselmotor. Diesel jedoch nur betrachtet mit Kohlestaub (sowie flüssigen Kraftstoffen und Gas); Sein tatsächlicher Motor wurde für den Betrieb Petroleum, was bald durch reguläre ersetzt wurde Benzin und Kerosin für weitere Testzwecke, da sich Erdöl als zu viskoös erwies.[193] Neben Kerosin und Benzin könnte der Dieselmotor auch eingesetzt werden Ligroin.[194]

Bevor der Dieselmotor -Kraftstoff standardisiert war, Brennstoffe wie Benzin, Kerosin, Gasöl, Pflanzenöl und Mineralölsowie Mischungen dieser Kraftstoffe wurden verwendet.[195] Typische Kraftstoffe, die speziell für Dieselmotoren verwendet werden sollen, waren Erdöl destilliert und Kohle-Tar-Destillate wie die folgenden; Diese Kraftstoffe haben spezifische niedrigere Heizwerte von:

  • Dieselöl: 10.200 kcal · kg–1 (42,7 mj · kg–1) bis zu 10.250 kcal · kg–1 (42,9 mj · kg–1)
  • Heizöl: 10.000 kcal · kg–1 (41,8 mj · kg–1) bis zu 10.200 kcal · kg–1 (42,7 mj · kg–1)
  • Kohle-Tar Kreosot: 9,150 kcal · kg–1 (38,3 mj · kg–1) bis zu 9.250 kcal · kg–1 (38,7 mj · kg–1)
  • Kerosin: bis zu 10.400 kcal · kg–1 (43,5 mj · kg–1)

Quelle:[196]

Die ersten Dieselkraftstoffstandards waren die DIN 51601, VTL 9140-001 und NATO F 54, die nach dem Zweiten Weltkrieg erschienen.[195] Der moderne Europäer EN 590 Dieselkraftstoff Standard wurde im Mai 1993 eingerichtet; Die moderne Version des NATO F 54 -Standards ist größtenteils identisch. Der din 51628 Biodieselstandard wurde durch die Version 2009 des EN 590 veraltet; Der berühmte Biodiesel entspricht dem EN 14214 Standard. Dieselmotoren mit Wasserfahrzeugen arbeiten normalerweise mit demselmotor -Kraftstoff, der dem entspricht ISO 8217 Standard (Bunker c). Außerdem können einige Dieselmotoren arbeiten Gase (wie zum Beispiel Lng).[197]

Moderne Dieselkraftstoffeigenschaften

Moderne Dieselkraftstoffeigenschaften[198]
EN 590 (ab 2009) EN 14214 (ab 2010)
Zündleistung ≥ 51 CN ≥ 51 cn
Dichte bei 15 ° C 820 ... 845 kg · m–3 860 ... 900 kg · m–3
Schwefelgehalt ≤ 10 mg · kg–1 ≤ 10 mg · kg–1
Wassergehalt ≤200 mg · kg–1 ≤500 mg · kg–1
Schmierung 460 µm 460 µm
Viskosität bei 40 ° C 2,0 ... 4,5 mm2·s–1 3,5 ... 5,0 mm2·s–1
RUHM Inhalt ≤ 7,0% ≥ 96,5%
Molar H/C -Verhältnis 1.69
Unteren Heizwert 37,1 mj · kg–1

Gelier

DIN 51601 Dieselkraftstoff war anfällig für Wachsen oder Gelier bei kaltem Wetter; Beide sind Begriffe für die Verfestigung von Dieselöl in einen teilweise kristallinen Zustand. Die Kristalle bauen sich im Kraftstoffsystem auf (insbesondere in Kraftstofffiltern), hungerte schließlich den Kraftstoffmotor und veranlasst es, das Laufen zu stoppen.[199] Elektrische Heizungen mit niedriger Ausgabe in Treibstofftanks und um Kraftstoffleitungen wurden dieses Problem gelöst. Auch die meisten Motoren haben eine verschüttete Rückkehr System, durch den überschüssiger Kraftstoff aus der Injektorpumpe und der Injektoren in den Kraftstofftank zurückgegeben wird. Sobald sich der Motor erwärmt hat, verhindert der Rückkehr warmer Kraftstoff das Wachsen im Tank. Vor der Direkteinspritzdieselmotoren empfahlen einige Hersteller wie BMW, bis zu 30% Benzin mit dem Diesel einmischen, indem die Dieselautos mit Benzin befestigt waren, um zu verhindern, dass der Kraftstoff unter –15 ° C fiel.[200]

Sicherheit

Kraftstoffentzündungsfähigkeit

Dieselkraftstoff ist weniger brennbar als Benzin, weil sein Blitzpunkt 55 ° C beträgt,[199][201] Dies führt zu einem geringeren Brandrisiko, das durch Kraftstoff in einem mit einem Dieselmotor ausgestatteten Fahrzeug verursacht wird.

Dieselkraftstoff kann unter den richtigen Bedingungen einen explosiven Luft-/Dampfmix erzeugen. Im Vergleich zu Benzin ist es jedoch aufgrund seiner niedrigeren Anfälligkeiten weniger anfällig Dampfdruck, was ein Hinweis auf die Verdunstungsrate ist. Das Material Sicherheitsdatenblatt[202] Für ultra-niedrige Schwefel Dieselbrennstoff zeigt ein Dampfexplosionsrisiko für Dieselkraftstoff im Innenbereich, im Freien oder in Abwasserkanälen an.

Krebs

Diesel -Auspuff wurde als ein klassifiziert IARC Group 1 Karzinogen. Es verursacht Lungenkrebs und ist mit einem erhöhten Risiko für ein erhöhtes Risiko verbunden Blasenkrebs.[203]

Motorausreißer (unkontrollierbarer Überschwemmung)

Sehen Dieselmotor Ausreißer.

Anwendungen

Die Merkmale von Diesel haben unterschiedliche Vorteile für verschiedene Anwendungen.

Personenkraftwagen

Dieselmotoren sind seit langem in größeren Autos beliebt und wurden in kleineren Autos wie zum Beispiel eingesetzt Superminis in Europa seit den 1980er Jahren. Sie waren früher in größeren Autos beliebt, da die Gewichts- und Kostenstrafen weniger spürbar waren.[204] Der reibungslose Betrieb sowie ein hohes Drehmoment mit niedrigem Niedrigklagen werden für Personenwagen und kleine Nutzfahrzeuge als wichtig angesehen. Die Einführung einer elektronisch kontrollierten Kraftstoffeinspritzung verbesserte die sanfte Drehmomenterzeugung erheblich. Ab den frühen neunziger Jahren begannen die Automobilhersteller ihre High-End-Luxusfahrzeuge mit Dieselmotoren. Pkw -Dieselmotoren haben normalerweise zwischen drei und zwölf Zylinder und eine Verschiebung zwischen 0,8 und 6,0 ​​Litern. Moderne Kraftwerke sind normalerweise Turbolader und haben eine direkte Injektion.[155]

Dieselmotoren leiden nicht unter dem Droseln der Ansauge, was zu sehr geringem Kraftstoffverbrauch führt, insbesondere bei niedriger Teilbelastung[205] (Zum Beispiel: Fahren mit Stadtgeschwindigkeiten). Ein Fünftel aller Beifahrer weltweit hat Dieselmotoren, von denen viele in Europa sind, wo ungefähr 47% aller Personenfahrzeuge Dieselbetrieben sind.[206] Daimler-Benz in Verbindung mit Robert Bosch GmbH Produzierte Passagierwagen ab 1936.[75] Die Popularität von Mitselbetrieben in Märkten wie Indien, Südkorea und Japan nimmt (ab 2018) zu.[207]

Nutzfahrzeuge und Lastwagen

Lebensdauer von Mercedes-Benz-Dieselmotoren[208]

1893 schlug Rudolf Diesel vor, dass der Dieselmotor möglicherweise „Wagen“ (Lastwagen) mit Strom versorgen könnte.[209] Die ersten Lastwagen mit Dieselmotoren wurden 1924 auf den Markt gebracht.[75]

Moderne Dieselmotoren für Lastwagen müssen sowohl äußerst zuverlässig als auch sehr sparsam sein. Direkteinspritzung, Turboaufladung und vier Ventile pro Zylinder sind Standard. Die Verschiebungen reichen von 4,5 bis 15,5 Liter mit Power-to-Mass-Verhältnisse von 2,5–3,5 kg · kW–1 für schwere und 2,0–3,0 kg · kW–1 für mittelschwere Motoren. V6- und V8 -Motoren Früher war die übliche Relativmotormasse, die die V -Konfiguration bietet. In letzter Zeit wurde die V -Konfiguration zugunsten von geraden Motoren aufgegeben. Diese Motoren sind in der Regel für schwere und mittlere Aufgaben und für mittelgroße Aufgaben gerade-6. Ihr unterdrückt Das Design führt zu einer geringeren Gesamtkolbengeschwindigkeit, was zu einer erhöhten Lebensdauer von bis zu 1.200.000 Kilometern (750.000 mi) führt.[210] Im Vergleich zu Dieselmotoren der 1970er Jahre hat sich die erwartete Lebensdauer moderner Lastwagenmotoren mehr als verdoppelt.[208]

Eisenbahnrollvorrat

Dieselmotoren für Lokomotiven werden für den kontinuierlichen Betrieb zwischen Auftankungen gebaut und müssen möglicherweise unter bestimmten Umständen so ausgelegt sein, dass ein Treibstoff von schlechter Qualität verwendet wird.[211] Einige Lokomotiven verwenden Zwei-Takt-Dieselmotoren.[212] Dieselmotoren haben ersetzt Dampfmaschinen auf allen nicht elektrifizierten Eisenbahnen der Welt. Der Erste Diesellokomotiven erschien 1913,[75] und Diesel mehrere Einheiten bald darauf. Fast alle modernen Diesellokomotiven sind korrekter als bekannt als Diesel -elektrische Lokomotiven Weil sie ein elektrisches Getriebe verwenden: Der Dieselmotor treibt einen elektrischen Generator an, der elektrische Traktionsmotoren anführt.[213] Während elektrische Lokomotiven haben die Diesel-Lokomotive für Passagierdienste in vielen Bereichen ersetzt Die Dieseltraktion wird häufig zum Frachthaus verwendet Güterzüge und auf Spuren, bei denen die Elektrifizierung wirtschaftlich nicht realisierbar ist.

In den 1940er Jahren wurden für DMUS die Dieselmotoren mit Leistungsmotoren mit Leistung von 150 bis 200 PS (110–150 kW; 150–200 PS) als angemessen angesehen. In der Regel wurden regelmäßige Lkw -Triebwerke verwendet. Die Höhe dieser Motoren musste weniger als 1 Meter (3 Fuß 3 Zoll) betragen, um die Unterbodeninstallation zu ermöglichen. Normalerweise wurde der Motor aufgrund der niedrigen Größe, der Masse und der Produktionskosten dieses Designs mit einem pneumatisch betriebenen mechanischen Getriebe kombiniert. Einige DMUs verwendeten stattdessen hydraulische Drehmomentwandler. Diesel -elektrische Übertragung war für solche kleinen Motoren nicht geeignet.[214] In den 1930er Jahren die Deutsche Reichsbahn standardisiert seinen ersten DMU -Motor. Es war 30,3 Liter (1.850 Cu in), 12-Zylinder-Boxereinheit, die 275 Metrik-Pferdestärken (202 kW; 271 PS) produzierte. Mehrere deutsche Hersteller produzierten nach diesem Standard Motoren.[215]

Wasserfahrzeug

Einer der achtzylinder 3200 I.H.P. Harland und Wolff - Burmeister & Wain Dieselmotoren im Motorrad installiert Glenapp. Dies war der bisher am besten betriebene Dieselmotor (1920), das in einem Schiff installiert wurde. Beachten Sie Mann, der im Größenvergleich unten rechts steht.
Handkrankenden eines Boots-Dieselmotors in Inle Lake (Myanmar).

Die Anforderungen an marine Dieselmotoren variieren je nach Anwendung. Für militärische Nutzung und mittelgroße Boote sind am besten geeignete Dieselmotoren mittelschweren Viertaktmotoren geeignet. Diese Motoren haben normalerweise bis zu 24 Zylinder und sind mit Stromausgaben in der einstelligen Region Megawatt ausgestattet.[211] Kleine Boote können LKW -Dieselmotoren verwenden. Große Schiffe verwenden extrem effiziente Zweitakt-Dieselmotoren mit niedriger Geschwindigkeit. Sie können Effizienz von bis zu 55%erreichen. Im Gegensatz zu den meisten regelmäßigen Dieselmotoren verwenden Zwei-Schlag-Wasserfahrzeugmotoren hoch viskose Heizöl.[1] U -Boote sind normalerweise Diesel -elektrisch.[213]

Die ersten Dieselmotoren für Schiffe wurden 1903 von A. B. Diesels Motorer Stockholm hergestellt. Diese Motoren waren Dreizylinder-Einheiten von 120 ps (88 kW) und vier Zylindereinheiten von 180 ps (132 kW) und für russische Schiffe. Im Ersten Weltkrieg hat sich insbesondere die Entwicklung der Dieselmotors des U -Bootes schnell fortgeschritten. Am Ende des Krieges war der Doppelmotoren mit zwei Taktmotoren mit bis zu 12.200 ps (9 MW) für den Meeresverbrauch hergestellt worden.[216]

Luftfahrt

Dieselmotoren wurden vor dem Zweiten Weltkrieg in Flugzeugen verwendet, zum Beispiel im starren Luftschiff LZ 129 Hindenburg, was von vier angetrieben wurde Daimler-Benz DB 602 Dieselmotoren,[217] oder in mehreren Junkern -Flugzeugen, die hatten Jumo 205 Motoren installiert.[95] Bis Ende der 1970er Jahre gab es keine Anwendungen des Dieselmotors in Flugzeugen. 1978 argumentierte Karl H. Bergey, dass „die Wahrscheinlichkeit eines allgemeinen Luftfahrt Diesel in naher Zukunft abgelegen ist“.[218] In den letzten Jahren (2016) haben Dieselmotoren aufgrund ihrer Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und geringem Kraftstoffverbrauch in unbemannten Flugzeugen (UAV) verwendet.[219] Anfang 2019, AOPA berichtete, dass ein Dieselmotormodell für allgemeine Luftfahrtflugzeuge „der Ziellinie nähert“.[220]

Nicht-Straße Dieselmotoren

Luftgekühlter Dieselmotor eines 1959 Porsche 218

Nicht-Straße Dieselmotoren werden üblicherweise für verwendet Bauausrüstung. Kraftstoffeffizienz, Zuverlässigkeit und einfache Wartung sind für solche Motoren sehr wichtig, während eine hohe Leistung und der ruhige Betrieb vernachlässigbar sind. Daher sind die mechanisch kontrollierte Kraftstoffeinspritzung und die Luftkühlung immer noch sehr häufig. Die üblichen Leistungen von Nichtstraßen-Dieselmotoren variieren stark, wobei die kleinsten Einheiten bei 3 kW und die mächtigsten Motoren mit Hochleistungs-LKW-Motoren sind.[211]

Stationäre Dieselmotoren

Drei englische elektrische 7SRL-Diesel-Alternator-Sets, die am Saatni-Kraftwerk installiert sind, Sansibar 1955

Stationäre Dieselmotoren werden üblicherweise für die Stromerzeugung verwendet, aber auch für die Stromversorgung von Kühlschrankkompressoren oder andere Arten von Kompressoren oder Pumpen. Normalerweise laufen diese Motoren entweder kontinuierlich mit teilweise Last oder zeitweise mit Volllast. Stationäre Dieselmotoren betreiben elektrische Generatoren, die einen abwechselnden Strom ausführen, normalerweise mit abwechselnder Last, aber feste Rotationsfrequenz. Dies ist auf die feste Frequenz der Hauptfrequenz von entweder 50 Hz (Europa) oder 60 Hz (Vereinigte Staaten) zurückzuführen. Die Drehfrequenz der Kurbelwelle des Motors wird so ausgewählt, dass die Frequenz des Netzes ein Vielfaches davon ist. Aus praktischen Gründen führt dies zu Rotationsfrequenzen der Kurbelwelle von entweder 25 Hz (1500 pro Minute) oder 30 Hz (1800 pro Minute).[221]

Low -Wärme -Ablehnungsmotoren

Eine spezielle Klasse von Prototypen interner Verbrennung Kolbenmotoren wurde über mehrere Jahrzehnte mit dem Ziel entwickelt, die Effizienz durch Verringerung des Wärmeverlusts zu verbessern.[222] Diese Motoren werden unterschiedlich als adiabatische Motoren bezeichnet. aufgrund einer besseren Annäherung an die adiabatische Expansion; Low -Wärme -Abstoßungsmotoren oder Hochtemperaturmotoren.[223] Sie sind im Allgemeinen Kolbenmotoren mit Brennkammerteilen, die mit Keramik -Wärmeleitbeschichtungen ausgekleidet sind.[224] Einige nutzen Kolben und andere Teile aus Titan, die eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweist[225] und Dichte. Einige Designs können die Verwendung eines Kühlsystems und zugehörigen parasitären Verlusten insgesamt beseitigen.[226] Die Entwicklung von Schmiermitteln, die den höheren Temperaturen standhalten können, war ein großes Hindernis für die Kommerzialisierung.[227]

Zukünftige Entwicklungen

Mitte der Literatur Mitte 2010 werden die Hauptentwicklungsziele für zukünftige Dieselmotoren als Verbesserung der Abgasemissionen, der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Erhöhung der Lebensdauer (2014) beschrieben.[228][155] Es wird gesagt, dass der Dieselmotor, insbesondere der Dieselmotor für Nutzfahrzeuge, bis Mitte der 2030er Jahre das wichtigste Fahrzeugtriebwerk bleibt. Die Redakteure gehen davon aus, dass die Komplexität des Dieselmotors weiter zunehmen wird (2014).[229] Einige Redakteure erwarten eine zukünftige Konvergenz von Diesel- und Otto -Motoren -Betriebsprinzipien aufgrund von Otto -Motorentwicklungsschritten, die auf den Motorentwicklungsschritten ausgerichtet sind Homogene Ladungskompressionszündung (2017).[230]

Siehe auch

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