Wie kann eine zusätzliche Kraftstoffenspritzung die Temperatur im Brennraum eines Motors senken?

3 Antworten

Deine Frage ist leider nicht besonders spezifisch, da du nicht sagst, ob du Diesel oder Benziner meinst. Aber ich denke du meinst den Benziner.

Zuerst muss man zwischen zwei Temperaturen unterscheiden. Die Brennraumtemperatur und die Abgastemperatur. Diese werden sehr häufig durcheinander gebracht, bzw. kennt kaum jemand den Unterschied oder wie die Temperaturen beeinflusst werden und ob und wenn ja wie, sie sich gegenseitig beeinflussen.

"Kühlung durch Kraftstoff" bedeutet beim Benziner die Abgastemperatur senken zu wollen. Diese liegt bei Volllast ca. im Bereich zwischen 900°C und 1000°C (abhängig vom Motor, moderne Motoren haben tendenziell höhere Abgastemperaturen). Warum will man diese senken? Weil zu heiße Abgastemperaturen zum einem den Auslassventilen und zum anderen dem Turbolader (falls vorhanden) überhaupt nicht gut gefallen.

Kleiner Schwenk zur Brennraumtemperatur: Die maximale Brennraumtemperatur beträgt beim Benziner ca. 2500°C (nagelt mich jetzt nicht auf einen Wert fest, aber ca. in dem Bereich bewegt sie sich). Diese Temperatur wird im Brennraum nur sehr kurz erreicht, nämlich dann, wenn der Druck im Brennraum ebenfalls maximal ist (wir erzeugen Wärme durch die Verbrennung, um Druck auf den Kolben zu bekommen). Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens sinkt der Druck und damit auch die Temperatur. Also erste Erkenntnis: Je größer das Verhältnis zwischen Brennraumvolumen bei Öffnen des Auslassventils zu Brennraumvolumen bei maximalem Druck ist, umso mehr kühlt sich das Abgas durch die Expansion ab. Das wird jetzt dann gleich wichtig.

Wie kühle ich jetzt die Abgase durch mehr Krafstoff? Der maximale Druck im Brennraum ist nicht im oberen Totpunkt des Kolbens, sondern später. Der Punkt wird durch den Zündzeitpunkt und der Brenngeschwindigkeit definiert. In der Teilllast wird das Gemisch so gezündet, dass sich das Druckmaximum bei ca. 8°KW nach dem oberen Totpunkt einstellt. Dann erreiche ich den maximalen Wirkungsgrad (auf die Zündung bezogen). In der Volllast kann ich aber nicht so früh zünden, da der Motor sonst klopfen würde (unkontrollierte Verbrennungen nach der Zündung, durch den starken Druckanstieg). In der Volllast ist der maximale Druck dann also z.B. bei 25°KW nach dem oberen Totpunkt --> weniger Expansion möglich, Abgastemperatur steigt. Früher zünden geht nicht, wegen dem Klopfen. Aber wir haben ja noch die Brenngeschwindigkeit.

Die Brenngeschwindigkeit ist hauptächlich von der Gemischzusammensetzung und den "Turbulenzen" im Brennraum abhängig. Wichtig ist für uns hier die Gemischzusammensetzung. Diese kann ich durch das Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft beeinflussen. Also dem Lambdawert. Die größte Brenngeschwindigkeit habe ich bei einem Lambdawert von 0,85. Eine hohe Brenngeschwindigkeit bringt den Punkt des maximalen Druckes Richtung früh. Die Klopfneigung sinkt ebenfalls, da ein schnell brennendes Gemisch im wahrsten Sinne des Wortes weniger Zeit zum Klopfen hat. Zusätzlicher Kraftstoff sorgt also dafür, dass das Druckmaximum früher erreicht wird und somit das Abgas mehr Expansion erfährt und dadurch kälter ist. Und gleichzeitig steigt auch noch die Leistung bei einem Lambdawert von 0,85.

Das war der erste Effekt^^ Fehlen noch zwei beim Benziner. Die kürze ich jetzt mal ein bisschen ab.

Ein Effekt wurde auch schon angesprochen, nämlich der Kühleffekt durch verdampfenden Kraftstoff. Dieser Einfluss hierbei ist allerdings deutlich geringer, aber trotzdem vorhanden.

Ein weiterer Effekt sind die Verbrennungprodukte. Bei einem fetten Gemisch entsteht neben dem gewünschten CO2 auch CO. Wird das Benzin aber "nur" zu CO verbrannt, wird weniger Wärme frei, was widerum ebenfalls die Brennraumtemperatur senkt.

Ein weiteres Anfetten unter Lambda 0,85 (wird häufig bei älteren Turbomotoren gemacht) senkt die Abgastemperatur noch weiter ab, kostet aber wieder Leistung. Hier spielt hauptsächlich rein, dass das Benzin nicht vollständig verbrennen kann und somit auch die Brennraumtemperaturen 
weiter sinken. Die Brenngeschwindigkeit nimmt hierbei wieder ab.

Ohne mich wirklich auszukennen,alleine von der Grundüberlegung her,ist eher das Gegenteil der Fall.

Eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung,ein feiner Nebel aus Luft und Sprit,demnach mit Sauerstoff verbrennungsfördernd,demnach Hitzeentwickelnd.

Ich denke,je mehr und je feiner Sprit zugeführt wird,desto eher muß eine (zusätzliche) Kühlung durch Luftzufuhr,und oder Wasserkreislaufkühlung hinzukommen,um die Temperatur nicht ansteigen zu lassen.

Das ist aber viel komplexer als ich es darzustellen vermag.

Wenn ich mich nicht irre, verbrennt ein zu mageres Gemisch (Lambda kleiner 1) heißer als ein fettes. Durch zusätzlichen Kraftstoff wird entsprechend das Kraftstoff-Luftgemisch angereichert und verbrennt "kälter".

Der eingespritzte Kraftstoff entzieht dem Brennraum bzw. Kolben und Zylinder durch Verdampfen die Wärme. Das nennt man Innenkühlung. Bei viel zu magerem Gemisch ist die Abkühlung zu gering und der Kraftstoff entzündet sich unkonntrolliert an heissen Oberflächen. Klopfende Verbrennung ist die Folge.

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