Diesel-Kreisprozess

Der Diesel-Kreisprozess (auch Gleichdruckprozess) ist der Vergleichsprozess für den Dieselmotor, der nach dem deutschen Ingenieur Rudolf Diesel benannt ist. Er zeichnet sich gegenüber dem Ottomotor durch eine etwa doppelt so hohe Verdichtung aus und erreicht deshalb einen größeren Wirkungsgrad.

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Weitere Beschreibung

Um nach der hohen Verdichtung bei der Verbrennung zu hohe Temperaturen und Drücke zu vermeiden, wird durch zeitgesteuerte Einspritzung des Brennstoffes die Wärmezufuhr in den ersten Teil der Expansionphase verlegt. Ursprünglich wurde eine Verbrennung bei konstantem Druck angestrebt, weshalb im Vergleichsprozess die Wärmezufuhr isobar verläuft. Die vier Arbeitstakte sind:

isentrope Kompression (1 --> 2) mit konstanter spezifischer Entropie s,
isobare Wärmezufuhr (2 --> 3) bei konstantem Druck p,
isentrope Expansion (3 --> 4),
isochore Wärmeabfuhr (4 --> 1) bei konstantem Volumen V und konstantem spezifischen Volumen v.

Zustandsdiagramme und Daten aus einem Berechnungsbeispiel

Die vom Linienzug (1 - 2 - 3 - 4) umschlossene Fläche entspricht der spezifischen Arbeit.

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad des Prozesses ist abhängig vom Verdichtungsverhältnis

$\varepsilon = \frac{V_1}{V_2}$

und vom Volldruckverhältnis

$\varphi = \frac{V_3}{V_2}$

mit:

$\eta_{th,Diesel} = {1 - \frac{1}{\kappa \cdot{\varepsilon^{\kappa-1}}}}\cdot{\frac{{\varphi^{\kappa}-1}}{\varphi-1}}$

Für die Berechnung des hier als Beispiel gezeigten Prozesses wurde üblicherweise als Arbeitsmedium Luft als ideales Gas mit konstanter spezifischer Wärmekapazität und konstantem Isentropenexponent $κ$ gewählt. Dabei verursacht die Vernachlässigung der chemischen Umsetzung (Sauerstoff + Brennstoff --> Kohlendioxid + Wasserdampf) den geringsten Fehler, weil Luft zu ca. 79 % aus Stickstoff besteht, der erhalten bleibt. Bei den auftretenden hohen Drücken verhält sich die Luft jedoch nicht mehr als ideales Gas (vergl. Realgasfaktor), und die spezifische Wärmekapazität ist bei 2000°C um ca. 30% höher als im Normzustand. Die Zustandsdiagramme und die Tabelle haben deshalb nur einen qualitativen Aussagewert.

Der reale Diesel-Motor

Die Abweichungen vom idealen Vergleichsprozess sind prinzipiell dieselben wie beim Otto-Motor. Erreichbar sind heute Wirkungsgrade von ca. 45%. In erster Linie ist die Wärmeübertragung an das Kühlwasser verantwortlich für den niedrigeren Druckverlauf bei der Expansion und die dadurch reduzierte Leistung. Die Kühlwasserwärme ist ungefähr genauso groß wie die - prozessbedingt - mit dem Abgas abgeführte Wärme. Beide Wärmeströme lassen sich allerdings bei stationären Anlagen für Heizzwecke nutzen (Blockheizkraftwerk).

Literatur

--> Literatur zur Technischen Thermodynamik

Siehe auch

Kategorie: Thermodynamischer Kreisprozess

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