Kompression von Dieselkraftstoff

Wissenschaft Physik
#1

Hallo

im Forum von www.diesel-schrauber.de wurde die Meinung vertreten, daß sich Dieselkraftstoff unter den hohen, heute üblichen Einspritzdrücken von etwa 1.000 bis 2.000 bar komprimieren läßt.
Daher soll die tatsächliche Einspritzmenge vom Öffnungsdruck und Querschnitt der Einspritzdüsen abhängig sein, auch sich wenn das Fördervolumen der Einspritzpumpe nicht verändert.

Kann mir mal jemand ungefähr sagen, um wieviel Vol.% Dieselkraftstoff im Bereich von etwa 100 bis 2.000 bar komprimiert wird?

Danke für jede sinnvolle Antwort.

Gruß Ulf

P.S.: Oder sollte ich die Frage besser in einem anderen Brett stellen?

#2

Hi Ulf,

Deine eigentliche Frage kann ich Dir nicht beantworten. Aber das reizt mich schon zu Widerspruch (bzw. Nachfrage an KFZ-Experten):

im Forum von www.diesel-schrauber.de wurde die Meinung
vertreten, daß sich Dieselkraftstoff unter den hohen, heute
üblichen Einspritzdrücken von etwa 1.000 bis 2.000 bar
komprimieren läßt.

Unter diesen Drücken läßt sich wahrscheinlich alles Volumenkomprimieren… Aber 1000 bis 2000 bar Druck in heutigen KFZ-Motoren? Da scheint mir doch die eine oder andere Zehnerpotenz „hinzugeschummelt“.
Sollte ich falsch liegen, bin ich für jede erklärende Korrektur dankbar…

Gruß Stefan

#3

Hi Stefan

Unter diesen Drücken läßt sich wahrscheinlich alles
Volumenkomprimieren… Aber 1000 bis 2000 bar Druck in
heutigen KFZ-Motoren? Da scheint mir doch die eine oder andere
Zehnerpotenz „hinzugeschummelt“.
Sollte ich falsch liegen, bin ich für jede erklärende
Korrektur dankbar…

Hier ein Auszug aus dem „gelben“ Bosch-Buch „Elektronische Dieselregelung“, Tabelle über verschiedene Diesel-Einspritzsysteme (Seite 3).
Als „max. Druck düsenseitig, bar“ werden angegeben bei
VP 37 (VE-EDC) --> 1250
UIS P1 --> 2050

Dabei steht VP 37 für die Verteiler-Einspritzpumpe der „älteren“ TDI’s,
UIS für „Unit Injector System“ = Pumpedüse-Typen der neueren TDI’s.

Gruß Ulf

#4

Hallo Ulf!

Da hast Du wohl etwas total falsch verstanden!!

Der Einspritzdruck ist nicht identisch mit dem Kompressionsdruck.
Der Einspritzdruck ist der, von der Einspritzpumpe erzeugte Druck, mit dem der Kraftstoff eingespritzt wird. Diese Einspritzdrücke liegen bei Dieselmotoren im Moment bei 400-500 bar.
Die könnte man ohne Probleme höher bringen.

Der Kompressionsdruck ist der, vom Arbeitskolben beim Aufwärtsgang erzeugte Druck. Dieser liegt bei 50 - 60 bar. Dann erfolgt die Einspritzung und es kommt zur Selbstzündung. Der Zünddruck liegt bei 130 bar.

Kompressionsdrücke die höher liegen als die für die Zündung notwendigen, darf es nicht geben, da dann der normale Ablauf gestört wird. Man könnte den Kompressionsdruck höher fahren, in dem man die Einspritzung verzögert. Das würde dann aber zu gewaltigen Schlägen im Zylinder führen und der Motor würde sich in seine Bestandteile auflösen.

Gruß Werner

#5

Hallo Werner

Der Einspritzdruck ist nicht identisch mit dem
Kompressionsdruck.

Das ist mir schon klar.
Grundsätzlich MUSS aber der Einspritzdruck über dem Kompressionsdruck liegen, um überhaupt etwas in die komprimierte Luft hineinbefördern zu können.

Die EINSPRITZdrücke moderner PKW-Diesel liegen nun mal in Größenordnungen bis etwa 2.000 bar.
Und unter solchen Drücken soll sich selbst der KRAFTSTOFF im Einspritzsystem komprimieren lassen.
Ich wollte nur wissen, um wieviel Vol.% der Kraftstoff dabei in etwa „schrumpft“.

Gruß Ulf

#6

Hallo !

Jetzt wird mir auch klar, was Du eigentlich wissen möchtest.

So, wie ich es mal gelernt habe, laßen sich Flüssigkeiten immer noch nicht komprimieren:
Warum stellst Du diese Frage?
Natürlich sind die Einspritzdrücke höher als die Kompressionsdrücke. 500 : 50.

Die Einspritzdrücke sind nicht so hoch, weil sie gegen den Komprdruck ankommen müssen, sondern um eine gute Zerstäubung zu gewährleisten. Und einen exakten Einspritzzeitpunkt.

Gruß Werner

#7

Hallo,

So, wie ich es mal gelernt habe, laßen sich Flüssigkeiten
immer noch nicht komprimieren:

So habe ich das auch gelernt, es könnten aber Gase in der Flüssigkeit gelöst sein. Ist dieses „Gemisch“ (wie heißt das gleich?) dann auch inkompressibel?

Cu Rene

#8

Hallo Rene!

Der Kraftstoff wird in der Einspritzpumpe auf hohe Drücke gebracht. Diese Pumpe ist eine Plungerpumpe mit Schrägkantenregelung für die Menge. Geöffnet wird die Pumpe durch ein durch Federdruck gehaltenes Ventil. Genau bei dem festeingestellten Druck öffnet das Ventil, schickt den Kraftstoff über die Einspritzleitung zur Düse. (Heute beim PKW ein System). Die Düse öffnet ebenfalls bei einem festvorgegeben Druck. Bis dahin ist die Flüssigkeit flüssig und nicht gasförmig. Erst bei Öffnen der Düse wird und soll der Kraftstoff gasförmig werden. Soll aber auch zünden, von einer Kompression kann also keine Rede sein. Nach meinem alten Kenntnisstand. Da aber in der Technik heute so viel möglich ist!!!

Gruß Werner

#9

16%
Hallo!
Erstaunlich … , aber es ist wohl was dran. Zwar lassen sich Flüssigkeiten nicht stark komprimieren, aber doch etwas (sonst wäre z.B. die Schallgeschwindigkeit unendlich!). Es ist
delta(V)/V = - delta§ / K , mit K = Kompressionsmodul.
K kann aus Dichte rho und Schallgeschwindigkeit c bestimmt werden:
K = c^2 * rho
Für Diesel (rho = 825 kg/m³, c=1250 m/s) ergibt sich mit
delta§ = 2000 bar = 2000 * 10^5 Pa

delta(V)/V = 16 % !!!

Gruss kr

#10

Hallo Kurt

Erstaunlich … , aber es ist wohl was dran. Zwar lassen sich
Flüssigkeiten nicht stark komprimieren, aber doch etwas (sonst
wäre z.B. die Schallgeschwindigkeit unendlich!). Es ist . . .

delta§ = 2000 bar = 2000 * 10^5 Pa

delta(V)/V = 16 % !!!

Demnach verläuft die „Kompressionskurve“ von Diesel also linear, bei 1000 bar betrüge dann der Volumenverlust etwa 8% - wenn ich es richtig verstanden habe.

Vielen Dank für Deine Antwort !

Gruß Ulf

#11

Hallo Werner

Diese Pumpe ist eine Plungerpumpe mit
Schrägkantenregelung für die Menge. . .

Ich weiß zwar, wie die Pumpe VP 37 (und Verwandte) prinzipiell funktioniert, aber was genau bedeutet eigentlich „Plungerpumpe“?

Gruß Ulf

#12

Hallo Ulf!

Einfach Kolbenpumpe. Durch Drehung wird Menge geregelt.

Ich hatte hier schon etwas zu Deiner Antwort weiter oben zu den 16% geschrieben. Vielleicht paßt es nicht mehr dazu, aber ich werds mal einfügen.
Also :
Ich weiß nicht, wozu es wichtig ist, bei einer Einspritzung zu wissen, ob Kraftstoff sein Volumen (das Gewicht bleibt ja!!) verkleinert.
Sollte das möglich sein und es sieht ja so aus, so verändert sich aber der Heizwert dieser Menge nicht. Die Energiezufuhr bleibt die Gleiche.

Zusätzlich muß man dann aber auch sagen, immer vorausgesetzt es betrifft die Einspritzanlage und nicht den Normzustand unter Laborbedingungen, daß der Kraftstoff während des Pumpvorganges in der Einspritzpumpe stark aufgeheizt wird und dadurch sein Volumen vergrößert.

Gruß Werner

#13

Hallo Werner

Ich weiß nicht, wozu es wichtig ist, bei einer Einspritzung zu
wissen, ob Kraftstoff sein Volumen (das Gewicht bleibt ja!!)
verkleinert.

Es ging um die Frage, ob Einspritzdüsen mit größreren Bohrungen (also geringerem „Druckabfall“ während der Einspritzung, etwa analog dem elektrischen Widerstand) oder geringerem Öffnungsdruck die Einspritzmenge (richtiger: -masse) und damit das Drehmoment bzw. die Leistung des Motors vergrößern können, wenn das Pumpen-Fördervolumen gleich bleibt.
Damit sowas ÜBERHAUPT klappen KÖNNTE, müßte wohl irgendeine „elastische“ Komponente im Spiel sein, und da kam die Rede eben auf den komprimierbaren Kraftstoff.

Durch Deine Antwort mit den 16% weiß ich nun, daß die Sache wenigstens grundsätzlich möglich ist.

Danke nochmal und viele Grüße

Ulf

#14

Hallo,

Erst bei Öffnen der Düse wird und soll
der Kraftstoff gasförmig werden.

Ich dachte an die Ausgangsfrage zurück, und meinte nicht gasförmigen Kraftstoff, sondern irgendwas (keine Ahnung was in Kraftstoffen alles drin ist, vielleicht gelöste Luft, CO2, SO2, …), das bei geringem Druck im Tank noch gasförmig gelöst ist (schäumt ja ziemlich das Zeug), von der Pumpe angesaugt, und dann eben komprimiert wird.
Kavitation hab ich in dem Zusammenhang auch schon mal gehört, weiß aber nicht ob das hierher passt.

Cu Rene

#15

SO2, …), das bei geringem Druck im Tank noch gasförmig
gelöst ist (schäumt ja ziemlich das Zeug), von der Pumpe
angesaugt, und dann eben komprimiert wird.
Kavitation hab ich in dem Zusammenhang auch schon mal gehört,
weiß aber nicht ob das hierher passt.

Wenn Dieselöl im Tank gasförmig wäre, würde kein Motor laufen. Das Dieselöl muß erstmal bis zur Einspritzpumpe gebracht werden. Das geht nur im flüssigen Zustand. Außerdem muß exakt bei jedem Einspritzvorgang eine ganz bestimmte Menge bewegt werden, auch das geht nur im flüssigen Zustand. Schäumendes Dieselöl kann nicht eingespritzt werden!

Gruß Werner

#16

sogar bis 3000 Bar
Hallo,
nach Aussagen von Wissenschaftlern, die mit VW-Motoren
arbeiten sind beim Pumpe-Düse-Prinzip noch höhere Drücke
möglich.
Das liegt daran, daß es keine Zuleitung wie beim
Common-Rail-Verfahren gibt , welche sich bei hohen Drücken
elastisch verformen und somit dem Druckaufbau entgegenwirken .
Gruß Uwi

#17

Da wir hier aneinander vorbei zu reden scheinen (ich rede von GELÖSTEN Gasen, wie z.B. in der Sprudelflasche), und sonst niemand eine Idee zu haben scheint, werde ich die Diskussion beenden.

Over and Out
Rene

#18

Hallo!

moin

kanst du mir auf ähnliche art und weise erklären , warum ausgerechnet Wasser nicht komprimierbar ist ?

ciao norbert

#19

Nein, kann ich nicht, denn das stimmt auch nicht!!!
ALLES ist komprimierbar, selbst Diamant … Schließlich sind die Atome keine starren Kugeln, die dicht auf dicht sitzen.
Fragt sich eben nur, wieviel Druck man braucht, um eine geringe Volumenänderung zu erreichen.
Bem.: 2000 bar sind eben sehr kräftig, das entspricht immerhin 20 km Wassertiefe!
Gruss kr

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

1 Like
#20

Linear ?

Demnach verläuft die „Kompressionskurve“ von Diesel also
linear, bei 1000 bar betrüge dann der Volumenverlust etwa 8% -
wenn ich es richtig verstanden habe.

Vielen Dank für Deine Antwort !

Hallo!
Es sollte jetzt nicht so verstanden werden, dass das genau linear ist (und dann bei 12000 bar das Volumen null wird !). Die Rechnung gilt so nur für kleine Vol.-Änderungen, sonst schreibt man statt „delta“ „d“ und erhält eine DGl. . Für konst. Kompressionsmodul K ist die Lsg. de DGl. eine exp-Funktion. Spielt hier aber keine Rolle, denn exp(-0,16) ist auch wieder ungefähr 1-0,16 ! Bei extrem großem Druck wird sicher auch K anwachsen. Also: Aus der Schallgeschwindigkeit in Diesel kann man schließen, dass bei 1000 … 2000 bar der Effekt ca. 10% …15 % ist. Wenn’s genauer sein soll, dann müssen Tabellen u. Messungen her (die gibt es sicher - ich habe aber keine verfügbar).
Gruss kr

1 Like