Motoren, Kraftstoffe & Kältetechnik: Diesel, Stirling

Leistungsmerkmale von Motoren

Leistung: [Ein Motor verrichtet Arbeit.]

Drehmoment: [Das Drehmoment wirkt auf die Achse. Wir unterscheiden zwischen Anlaufmoment, Beschleunigungsmoment und Nennmoment.]

Der Dieselmotor wird im Betrieb 2 bis 4-mal abgerufen. Er unterscheidet sich durch das Fehlen von Zündkerzen; Einspritzdüsen übernehmen diese Funktion.

Dieselmotor

Parameter im Vergleich zu Benzinmotoren: höhere Kompression, weniger unmittelbare Leistung.

Vorteile: Verbesserter thermischer Wirkungsgrad, niedrigerer Verbrauch, billigerer Kraftstoff, weniger Verschmutzung, längere Haltbarkeit.

Nachteile: Stärkere Vibrationen, höherer Lärmpegel, erhöhte Herstellkosten.

Der 4-Takt-Zyklus des Dieselmotors

Eintritt:

Kolben bewegt sich vom oberen Totpunkt (OT) zum unteren Totpunkt (UT). Durch den entstehenden Unterdruck wird der Zylinder mit Luft gefüllt. Das Rennen kommt zum Schluss, der Kolben erreicht den UT. Die Kurbelwelle hat sich um 180 Grad gedreht. Das Einlassventil schließt.

Kompression:

Kolben bewegt sich vom UT zum OT. Ventile sind geschlossen. Hohe Temperatur und hoher Druck entstehen. Der Kraftstoff wird am OT eingespritzt und entzündet sich.

Expansion:

Ventile sind geschlossen. Kolben bewegt sich zum UT. Nützliche Arbeit wird verrichtet. Dies ist der dritte Takt.

Auspuff:

Kolben bewegt sich vom UT zum OT. Das Auslassventil öffnet. Abgase verlassen den Zylinder. Der Kolben erreicht den OT. Dies ist der vierte Takt.

Stirlingmotor

Maschine mit externer Verbrennung. Verfügt über zwei Zylinder oder Räume, die durch unterschiedliche Temperaturen und einen Regenerator getrennt sind.

Der Zyklus:

1-2: Transformation, bei der das heiße Gas Wärme (Q1) im heißen Raum absorbiert.

3-4: Das Gas wird komprimiert und gibt Wärme (Q2) im kalten Raum ab.

2-3, 4-1: Isochore Transformation. Das Gas fließt durch den Regenerator.

Vorteile: Kann jede Wärmequelle nutzen, geringe Luftverschmutzung und Treibhausgasemissionen, einfache Steuerung, muss die Abwärme nicht umwandeln.

Treibstoff

Ein Stoff, der mit Sauerstoff reagiert und dabei Wärme freisetzt. Treibstoffe können Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe sein.

Eigenschaften:

Brennwert: Die dabei entwickelte Hitze.

Volatilität: Die Tendenz zu verdunsten. Beispiele: Benzin > Petroleum > Diesel. Benzin ist flüchtiger (+ volatile), Diesel weniger (-).

Entflammbarkeit: Die Neigung, sich infolge von Druck oder Temperatur zu entzünden. Benzin ist hoch entflammbar, Diesel weniger entzündlich.

Temperatur der Selbstentzündlichkeit: Die minimale Temperatur, bei der sich der Kraftstoff in Berührung mit Luft entzündet.

Oktanzahl: Misst die Detonationsneigung. Je höher die Oktanzahl, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit der Detonation. Beispiele: Heptan 0, Isooctan 100.

Cetanzahl: Misst die Neigung zur Selbstentzündung. Je größer die Cetanzahl, desto wahrscheinlicher ist die Selbstentzündung. Beispiele: Diesel ca. 40-55, Ethanol ca. 6.

Kältemaschine

Die am häufigsten verwendeten Maschinen sind Kompressionskältemaschinen und haben 4 Grundelemente:

• Verdichter (Kompressor): Liefert Energie und komprimiert das Kältemittel.
• Verflüssiger (Kondensator): Gas wird durch Kühlung verflüssigt. Q1 liefert Wärme.
• Expansionssystem: Reduziert den Druck vor dem Verdampfer.