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

Diese einfache Frage nervt mich schon eine Weile. Die in einen Benzinmotor eingespritzte Kraftstoffmenge wird anhand der Luftmenge berechnet, die durch die Drosselklappe eintritt (gemessen durch den Luftmassenstrom- / Krümmer-Absolutdrucksensor). Die in einen Dieselmotor eingespritzte Kraftstoffmenge hängt jedoch einfach von der Pedalpresse ab und die Luft kann frei in die Zylinder gesaugt werden. Das bedeutet, dass Diesel im Normalbetrieb sehr mager läuft und Benzin ständig das stöchiometrische Verhältnis beibehält (Situationen mit hoher Last werden nicht berücksichtigt). Warum kann der Benzinmotor nicht auch ohne Drosselklappe mager laufen, nur abhängig von der eingespritzten Kraftstoffmenge?

Es hört sich so an, als ob Sie bereits wissen, warum ein Benzinmotor das Kraftstoff / Luft-Verhältnis so nahe wie möglich am stöchiometrischen Verhältnis hält, aber nur zur Information für andere: Das stöchiometrische Kraftstoff / Luft-Verhältnis ist die Menge an Sauerstoff, die zum Verbrennen erforderlich ist das ganze Benzin komplett. Eine "magere" Verbrennung hinterlässt etwas Sauerstoffreste und eine "fette" Verbrennung bedeutet, dass das Benzin nicht so vollständig verbrennt.

Dieselmotoren laufen schlank, weil laut dieser Website:

Beim Dieselmotor wird der Kraftstoff gegen Ende des Kompressionshubs in den Brennraum eingespritzt und entzündet sich spontan. Dies ist verantwortlich für das Verbrennungsgeräusch, das ein Dieselmotor erzeugt und das Musik für die Ohren aller ist, die dieses Magazin lesen. Wenn sich Kraftstoff und Luft vermischen, wird weiter gebrannt. 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). Während der Verbrennung entsteht Ruß, weil ein Teil des Kraftstoffs mit unzureichendem Sauerstoff verbrennt und die Verbrennung des Kraftstoffs nicht abgeschlossen ist. Wenn zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt wird, wird immer mehr Ruß erzeugt. Deshalb, Das Luft / Kraftstoff-Verhältnis des Dieselmotors muss immer magerer als stöchiometrisch sein, um übermäßige Rauchmengen zu vermeiden. Aus diesem Grund bläst ein modifizierter Hochleistungsdiesel schwarzen Rauch aus, da er allein mit Strom betrieben wird, ohne sich um die Rußerzeugung zu kümmern. Der rauchfreie Diesel hat weniger Kraftstoff im Zylinder als im Zylinder des Benzinmotors, und die Dieselleistung ist daher im Vergleich reduziert.

Benzin wird eingespritzt, bevor es gezündet wird, damit es Zeit hat, sich homogener zu mischen. Diesel wird gegen Ende des Kompressionshubs eingespritzt, so dass er fast unmittelbar unter dem Druck verbrennt, bevor er Zeit hat, sich in der verfügbaren Luft auszubreiten. Wie das obige Zitat besagt, ist das Laufenlassen des Dieselmotors ein Versuch, die Menge an produziertem Ruß zu reduzieren, wodurch die Emissionen reduziert werden.

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

Das Einspritzen von Benzin in den Motor wirkt kühlend. Ein magerer Motor, bei dem weniger Benzin als zum Erreichen des stöchiometrischen Verhältnisses erforderlich ist, läuft heißer als ein Motor, der mit dem stöchiometrischen Verhältnis läuft, oder ein Motor, der fett läuft. Wenn Sie zu mager laufen, besteht die Gefahr einer Überhitzung und eines zusätzlichen Verschleißes der Motorkomponenten wie Dichtungen. Bei höheren Verdichtungsverhältnissen können magere Motoren sparsamer sein und weniger CO2-Emissionen verursachen. Der Nachteil ist, dass es mehr NOx- Emissionen gibt, die einen komplexeren Katalysator erfordern als die meisten modernen Fahrzeuge.

Ich sollte auch Ihren letzten Satz klären. Ihr Gaspedal ist an die Drosselklappe angeschlossen (entweder direkt oder "Drive by Wire") und steuert, wie viel Luft in den Motor gelangen darf. Es steuert nicht direkt, wie viel Benzin eingespritzt wird. Der Massendurchflusssensor 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 fährt, entscheidet die ECU über Eingaben des Massendurchflusssensors, des O2- Sensors und / oder der Hersteller- oder Benutzereinstellungen. In den Tagen des Vergasers war es einfach, den Motor so einzustellen, dass er fett oder mager läuft, aber Sie benötigen spezielle Ausrüstung, um die Einstellungen in einem Steuergerät anzupassen.

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

Ich bin sehr überrascht, dass niemand es speziell erwähnt hat, aber die Antwort ist Detonation. Poisson Fish war in der Nähe, 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 arbeitet - 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 sie in den Zylinder gelangt, und sie dann in einem normalen Kompressionshub (Dieselmotor) komprimieren, wird sie sicherlich explodieren, bevor Sie den oberen Totpunkt erreichen. Im normalen Betrieb wird Diesel jedoch in den Zylinder gesprüht und verbrennt, wenn er aus dem Injektor austritt und mit der erwärmten Luft in Kontakt kommt. Nur der in die Brennkammer eintretende Diesel zündet. Da kein anderer Brennstoff vorhanden ist, gibt es dort nichts zu detonieren. Ottomotoren haben den gesamten Kraftstoff und die Luft im Brennraum bereit und warten darauf, dass der Funke die Zündung startet. Dann bewegt sich eine Flammenfront von der Zündkerze nach außen. Wenn der Druck zu hoch oder die Temperatur zu hoch ist oder sich ein heißer Punkt im Zylinder befindet, kann das gesamte Kraftstoff-Luft-Gemisch auf einmal explodieren. Als Anmerkung: - Diesel kann tatsächlich in einem Ottomotor verwendet werden. Wir hatten einmal einen Traktor mit einem kleinen Benzintank und einem großen Diesel- oder Kerosintank. Sie haben mit Benzin angefangen, nach dem Aufwärmen des Motors auf Diesel umgestellt und vor dem Abstellen wieder auf Benzin umgestellt, um sicherzustellen, dass sich Benzin im Vergaser befindet, das für den nächsten Start bereit ist. Es war unmöglich, mit Diesel kalt anzufangen, und mit heißem Benzin lief es nicht gut. Ich glaube, das Verdichtungsverhältnis war höher als bei normalem Benzin, aber niedriger als bei normalem Diesel, und das Benzin würde eine Detonation verursachen, wenn die Temperaturen hoch wurden, bevor Sie auf Diesel umstellten. um sicherzustellen, dass sich Benzin im Vergaser befindet, das für den nächsten Start bereit ist. Es war unmöglich, mit Diesel kalt anzufangen, und mit heißem Benzin lief es nicht gut. Ich glaube, das Verdichtungsverhältnis war höher als bei normalem Benzin, aber niedriger als bei normalem Diesel, und das Benzin würde eine Detonation verursachen, wenn die Temperaturen hoch wurden, bevor Sie auf Diesel umstellten. um sicherzustellen, dass sich Benzin im Vergaser befindet, das für den nächsten Start bereit ist. Es war unmöglich, mit Diesel kalt anzufangen, und mit heißem Benzin lief es nicht gut. Ich glaube, das Verdichtungsverhältnis war höher als bei normalem Benzin, aber niedriger als bei normalem Diesel, und das Benzin würde eine Detonation verursachen, wenn die Temperaturen hoch wurden, bevor Sie auf Diesel umstellten.

Bei den anderen Antworten wurde nicht festgestellt, 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 nicht möglich ist). t möglich) und etwas weiter vom Einspritzpunkt entfernt ist es stöchiometrisch und somit verbrennt der Kraftstoff.

Tatsächlich muss ein Benzinmotor kein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten. Es gibt Benzinmotoren mit Direkteinspritzung wie Diesel. Ein Benzinmotor mit Direkteinspritzung hat ebenfalls ein sehr nahe am Einspritzpunkt reiches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, ist jedoch etwas weiter entfernt stöchiometrisch und verbrennt daher den Kraftstoff, obwohl das Luft-Kraftstoff-Verhältnis global 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 einzuhalten, es sei denn, es wird eine Art SCR-System verwendet. Wenn Sie SCR-Flüssigkeit nicht manuell hinzufügen möchten, ist die einzige Option in Zukunft ein stöchiometrischer Motor.

Denn bei einem Ottomotor ist die Einschränkung des Luftstroms die einzige Möglichkeit, die Motordrehzahl zu steuern. Es wäre schwierig, die Drehzahl des Motors durch Variieren des Kraftstoffs allein zu steuern, ohne den Luftstrom einzuschränken. Dies liegt daran, dass bei Ottomotoren die Zündung dort beginnt, wo sich die Zündkerze befindet und von diesem Punkt weg fährt. Während bei Selbstzündungsmotoren die Zündung überall dort beginnt, wo sich der Kraftstoff nach dem Einspritzen befindet. Auch Selbstzündungsmotoren mit Direkteinspritzung sind keine homogenen Gemische, da dem Kraftstoff vor dem Zünden nicht genügend Zeit zum Mischen im Brennraum eingeräumt wird. Sie können dies auf einem YouTube-Video einer Kamera in einem Dieselmotor sehen. Im Video können Sie buchstäblich Spuren von Kraftstoff sehen, die sich entzünden, wenn sie aus der Einspritzdüse sprühen. Auch als Kind hatte ich einen alten Rasenmäher und spielte mit der Gemisch-Einstellschraube herum. Indem ich den Motor schlanker laufen ließ, konnte ich höhere Drehzahlen erzielen, ohne die Drosselklappe tatsächlich zu bewegen. Ich verstehe nicht wirklich, warum ein magereres Kraftstoffgemisch eine höhere Temperatur erzeugt, aber es könnte sein, dass, da es einen größeren Abstand zwischen den Kraftstofftröpfchen gibt, da weniger davon vorhanden sind, jedem Tröpfchen mehr Zeit zum Verbrennen gegeben werden könnte und daher mehr erzeugt wird Hitze, aber ich bin nicht sicher, ob das nur eine Theorie ist.

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

Luft

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

Dies bedeutet, dass der Dieselmotor immer die maximale Luftmenge ansaugt und die Leistung durch die zugeführte Kraftstoffmenge reguliert wird. Wenn die Drosselklappe des Benzinmotors die Luftmenge steuert, die in den Motor gelangt, variiert diese Menge in Abhängigkeit von der Last und damit der Notwendigkeit einer Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.

Ich hoffe, das hilft.