Warum muss ein Benzinmotor ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis beibehalten, ein Dieselmotor dagegen nicht?

Es hört sich so an, als wüssten Sie bereits, warum ein Benzinmotor das Kraftstoff / Luft-Verhältnis so nahe wie möglich am stöchiometrischen Verhältnis hält, aber nur zur Information für alle anderen: Das stöchiometrische Kraftstoff / Luft-Verhältnis ist die Menge an Sauerstoff, die zum Verbrennen erforderlich ist das gesamte Benzin vollständig. Eine „magere“ Verbrennung lässt etwas Sauerstoff übrig und eine „fette“ Verbrennung bedeutet, dass das Benzin nicht so vollständig verbrennt.

Diesel laufen mager, weil laut dieser Website:

Beim Dieselmotor wird der Kraftstoff gegen Ende des Verdichtungstaktes in den Brennraum eingespritzt und entzündet sich spontan. Dieser ist verantwortlich für das Verbrennungsgeräusch, das ein Dieselmotor erzeugt und das Musik in den Ohren aller Leser dieses Magazins ist. Während eine Vermischung zwischen Brennstoff und Luft auftritt, setzt sich die Verbrennung fort. Dieser Prozess ist sehr heterogen (da Kraftstoff und Luft in einem Brennraum gemischt werden, ist er nicht so gleichmäßig wie bei einem Gasmotor, bei dem das Gemisch vor dem Eintritt in den Zylinderkopf erzeugt wird). Ruß wird während der Verbrennung gebildet, da ein Teil des Kraftstoffs mit unzureichendem Sauerstoff verbrennt und die Verbrennung des Kraftstoffs nicht abgeschlossen wird. Wenn zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt wird, wird immer mehr Ruß erzeugt. Deswegen, Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Dieselmotors muss immer magerer als stöchiometrisch sein, um übermäßige Rauchentwicklung zu vermeiden. Aus diesem Grund bläst ein modifizierter Diesel mit hoher Leistung schwarzen Rauch, da er nur für die Leistung betankt wird, ohne sich um Rußbildung zu kümmern. Beim rauchfreien Diesel ist im Zylinder weniger Kraftstoff vorhanden als im Zylinder des Ottomotors, die Dieselleistung ist daher im Vergleich geringer.

Benzin wird eingespritzt, bevor es gezündet wird, damit es Zeit hat, sich homogener zu vermischen. Diesel wird gegen Ende des Verdichtungshubs eingespritzt, sodass er fast unmittelbar unter dem Druck verbrennt, bevor er Zeit hat, sich in der verfügbaren Luft zu verteilen. Wie das obige Zitat besagt, ist der magere Betrieb des Dieselmotors ein Versuch, die Menge an erzeugtem Ruß zu reduzieren, was die Emissionen reduziert.

Bearbeiten

Um Ihre Frage zu beantworten, was mit einem Benzinmotor passiert, der mager verbrennt.

Das Einspritzen von Benzin in den Motor hat eine kühlende Wirkung. Ein Motor mit magerer Verbrennung, bei dem weniger Benzin vorhanden ist, als zum Erreichen des stöchiometrischen Verhältnisses erforderlich ist, wird heißer laufen als ein Motor, der mit dem stöchiometrischen Verhältnis oder einem fetten Motor läuft. Wenn Sie zu mager laufen, riskieren Sie Überhitzung und zusätzlichen Verschleiß an Motorkomponenten wie Dichtungen. Bei höheren Verdichtungsverhältnissen können magere Motoren kraftstoffeffizienter sein und weniger Kohlenstoffemissionen erzeugen. Der Nachteil ist, dass es mehr NOx- Emissionen gibt, die einen komplexeren Katalysator erfordern, als die meisten modernen Fahrzeuge haben.

Ich sollte auch Ihren letzten Satz klären. Ihr Gaspedal ist mit der Drosselklappe verbunden (entweder direkt oder „drive by wire“) und steuert, wie viel Luft in den Motor strömen darf. Es steuert nicht direkt, wie viel Benzin eingespritzt wird. Der Massenstromsensor erkennt , wie viel Luft in den Motor geleitet wird, leitet diese Informationen an die ECU weiter, und die ECU steuert, wie viel Kraftstoff eingespritzt wird. Ob Ihr Auto mager oder fett läuft, wird von der ECU durch Eingaben vom Massenstromsensor, O2 -Sensor und/oder Hersteller- oder Benutzereinstellungen entschieden. In den Tagen des Vergasers war es einfach, den Motor so einzustellen, dass er fett oder mager lief, aber Sie benötigen eine spezielle Ausrüstung, um die Einstellungen in einem Steuergerät anzupassen.

Übrigens gibt es verschiedene Gründe, warum ein Hersteller oder Fahrzeugbesitzer seinen Motor mager oder fett laufen lassen möchte, was mit Leistung, Kühlung oder Kraftstoffverbrauch zu tun hat.

Ich bin sehr überrascht, dass niemand es ausdrücklich erwähnt hat, aber die Antwort ist Detonation. Poisson Fish war nah dran, aber zusätzlicher Verschleiß durch erhöhte Zylindertemperatur ist nicht das Hauptproblem. Das Hauptproblem ist die zusätzliche Hitze, die dazu führt, dass sich Benzin vor dem Funken selbst entzündet und den Motor zerstört.

Diesel leidet nicht unter diesem Problem, da es grundsätzlich nach diesem Prinzip funktioniert – Diesel entzündet sich, sobald er in den Zylinder eintritt.

Ich vermute, wenn Benzin eine viel höhere Oktanzahl hätte, könnten wir es technisch wie einen Diesel fahren.

Wenn Sie Diesel mit Luft mischen, bevor er in den Zylinder eintritt, und ihn dann in einem normalen Kompressionshub (Dieselmotor) verdichten, würde er sicherlich explodieren, bevor Sie den oberen Totpunkt erreichen. Im Normalbetrieb wird jedoch Diesel in den Zylinder gesprüht und verbrennt, wenn er aus der Einspritzdüse austritt und mit der erwärmten Luft in Kontakt kommt. Nur der in den Brennraum eintretende Diesel entzündet sich. Da kein anderer Brennstoff vorhanden ist, gibt es nichts zu detonieren. Ottomotoren haben den gesamten Kraftstoff und die Luft in der Brennkammer bereit und warten darauf, dass der Funke die Zündung beginnt. Dann bewegt sich eine Flammenfront von der Zündkerze nach außen. Bei zu hohem Druck oder zu hoher Temperatur oder einer heißen Stelle im Zylinder kann das gesamte Kraftstoff-Luft-Gemisch auf einmal explodieren. Als Anmerkung: - Diesel kann tatsächlich in einem Ottomotor verwendet werden. Wir hatten mal einen Traktor mit kleinem Benzintank und großem Diesel- oder Kerosintank. Sie haben mit Benzin gestartet, auf Diesel umgeschaltet, als der Motor warmgelaufen war, und vor dem Abstellen wieder auf Benzin umgeschaltet, um sicherzustellen, dass Benzin im Vergaser für den nächsten Start bereit ist. Es war unmöglich, mit Diesel kalt zu starten, und lief nicht gut mit Benzin, wenn es heiß war. Ich glaube, das Verdichtungsverhältnis war höher als bei normalem Benzin, aber geringer als bei normalem Diesel, und das Benzin würde eine Detonation verursachen, wenn die Temperaturen hoch wurden, bevor Sie auf Diesel umgestiegen sind. um sicherzustellen, dass Benzin im Vergaser für den nächsten Start bereit ist. Es war unmöglich, mit Diesel kalt zu starten, und lief nicht gut mit Benzin, wenn es heiß war. Ich glaube, das Verdichtungsverhältnis war höher als bei normalem Benzin, aber geringer als bei normalem Diesel, und das Benzin würde eine Detonation verursachen, wenn die Temperaturen hoch wurden, bevor Sie auf Diesel umgestiegen sind. um sicherzustellen, dass Benzin im Vergaser für den nächsten Start bereit ist. Es war unmöglich, mit Diesel kalt zu starten, und lief nicht gut mit Benzin, wenn es heiß war. Ich glaube, das Verdichtungsverhältnis war höher als bei normalem Benzin, aber geringer als bei normalem Diesel, und das Benzin würde eine Detonation verursachen, wenn die Temperaturen hoch wurden, bevor Sie auf Diesel umgestiegen sind.

Die anderen Antworten haben nicht bemerkt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Position abhängt, an der Sie es messen. Obwohl das über den gesamten Zylinder gemittelte Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist (so mager, dass eine Verbrennung nicht möglich wäre, wenn das Gemisch homogen wäre), ist es sehr nahe am Einspritzpunkt extrem fett (so fett, dass die Verbrennung t möglich) und etwas weiter vom Einspritzpunkt entfernt ist es stöchiometrisch und damit verbrennt der Kraftstoff.

Tatsächlich muss ein Benzinmotor kein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten. Es gibt Benzinmotoren mit Direkteinspritzung wie Dieselmotoren. Ein Benzinmotor mit Direkteinspritzung hat in ähnlicher Weise sehr nahe am Einspritzpunkt ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, aber etwas weiter entfernt ist es stöchiometrisch und daher verbrennt der Kraftstoff, obwohl das Luft-Kraftstoff-Verhältnis insgesamt mager sein kann.

Das Problem des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses besteht jedoch darin, dass zu viel Sauerstoff vorhanden ist, wodurch der Stickstoff in der Luft zu verschiedenen Stickoxiden verbrennen kann. Das erzeugte NOx ist ein Schadstoff und wird in Zukunft verhindern, dass alle Motoren ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis verwenden, um die Vorschriften zu erfüllen, es sei denn, es wird eine Art SCR-System verwendet. Wenn Sie also nicht gerne SCR-Flüssigkeit manuell zugeben, wird die einzige Option in Zukunft ein stöchiometrischer Motor sein.

Denn in einem Ottomotor ist die Begrenzung des Luftstroms die einzige Möglichkeit, die Motordrehzahl zu steuern. Es wäre schwierig, die Drehzahl des Motors allein durch Variieren des Kraftstoffs zu steuern, ohne den Luftstrom einzuschränken. Dies liegt daran, dass bei Ottomotoren die Zündung dort beginnt, wo sich die Zündkerze befindet, und sich von diesem Punkt weg bewegt. Während bei Selbstzündungsmotoren die Zündung dort beginnt, wo sich der Kraftstoff nach der Einspritzung befindet. Auch Motoren mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung sind kein homogenes Gemisch, da dem Kraftstoff vor der Zündung nicht genügend Zeit zum Mischen in der Brennkammer eingeräumt wird. Sie können dies auf einem YouTube-Video einer Kamera in einem Dieselmotor sehen. Im Video können Sie buchstäblich Kraftstoffspuren sehen, die sich entzünden, wenn sie aus der Einspritzdüse sprühen. Als Kind hatte ich auch einen alten Rasenmäher und habe mit der Gemischeinstellschraube herumgespielt, und indem ich den Motor magerer laufen ließ, konnte ich höhere Drehzahlen erreichen, ohne die Drosselklappe tatsächlich zu bewegen. Ich verstehe nicht wirklich, warum ein magereres Kraftstoffgemisch eine höhere Temperatur erzeugt, aber es könnte daran liegen, dass, da der Abstand zwischen den Kraftstofftröpfchen größer ist, da weniger davon vorhanden sind, jedem Tröpfchen mehr Zeit zum Brennen gegeben werden könnte und daher mehr erzeugt wird Hitze, aber ich bin mir nicht sicher, ob das nur eine Theorie ist.

Benzinmotoren werden so nah wie möglich am stöchiometrischen Verhältnis betrieben, da der Katalysator in diesem Bereich am effizientesten ist .
Ein kraftstoffreiches Gemisch wird vermieden, da dies den Wandler beschädigen kann.

Luft

Der Dieselmotor verwendet keine Drosselklappe zur Luftsteuerung, die Drosselklappe ist immer offen.

Das bedeutet, dass der Dieselmotor immer die maximale Luftmenge ansaugt und die Leistung durch die zugeführte Kraftstoffmenge reguliert wird. Bei Benzinmotoren steuert die Drosselklappe die in den Motor einströmende Luftmenge, diese Menge variiert je nach Last und somit der Notwendigkeit einer Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.

Ich hoffe, das hilft.