Dieselmotor

[dennis]

Schönen guten Abend zusammen !

 

Stelle mir seit neuestem die Frage: Wie schaltet sich eigentlich ein Dieselmotor ab? Dass man einfach den Schlüssel im Auto umdreht ist mir klar, aber was passiert im Motor selber? Ein Zündsystem abschalten kann ich doch nicht, da der Diesel ja ein Selbstzünder ist. Wird durch das Umdrehen des Schlüssels auf "Aus" die Einspritzung des Diesels unterbrochen oder geht da was anderes vor sich?

Daraus folgt auch meine nächste Frage: Wie funktioniert ein "Zündsystem" bei Dieselflugmotoren? Habe ich dort wie in normalen Kolbenmotoren zwei Zündsyteme, die irgendwie als Backup arbeiten falls der Diesel sich mal nicht wie gewünscht selbst entzündet oder fällt das Magnetzündsystem bei dieser Art Motor komplett weg? (was ich mir bei einem Flugmotor allerdings schlecht vorstellen könnte)

Ich hoffe, ich konnte meine Fragen halbwegs verständlich rüberbringen. Würde mich über Antworten sehr freuen.

 

Viele Grüße vom Niederrhein,

 

Dennis

[Volume]

Hi Jungs,

 

bei traditionellen Dieseleinspritzpumpen wird die Fördermenge nicht über Änderung des Pumpenhubs geregelt, sondern der Kolben wird gedreht. Eine spiralförmige Nut im Kolben öffnet dann bei einem bestimmten Hub (nach einer bestimmten Einspritzmenge) einen Bypass, und der Rest Diesel in der Pumpkammer wird nicht in den Brennraum, sondern zurück zum Tank gefördert.

Eine Längsnut im Kolben "deaktiviert" die Pumpe, wenn der Kolben so gedreht wird, daß die Nut mit der Bypassbohrung übereinstimmt. Das nennt man dann Nullförderung, die Pumpe pumpt den Diesel vollständig zum Tank zurück und nix in den Brennraum. Die Einspritzdüsen bei alten Dieseln sind rein passive Bauteile, wenn Druck anliegt, spritzen sie ein.

Moderne Diesel produzieren den Druck getrennt, und öffnen die Einspritzdüsen elektrisch. Sie sind in diesem Fall Düse und Dosierventil gleichzeitig. Dabei muß man blos eines von vielen möglichen Kabeln trennen, und alles steht still.

 

Für mehr Infos guckst du Diesel-Einspritzpumpe

 

 

 

Ich verstehe übrigens nicht, daß gerade jetzt wo sich die Diesel von unverwüstlichen mechanischen Systemen (Milliarden von Kilometern in LKWs seit den 20ern erprobt und 99.9999999% zuverlässig) zu komplexen und anfälligen elektronischen Systemen entwickeln (dutzende von Sensoren, viele Kabel und Stecker, EMP empfindlich, schwer zu warten, empfindliche Bauteile), der Diesel fürs Flugzeug entdeckt wird. Vor 20 Jahren hätte ich es verstanden, heute nicht unbedingt. Ich würde ungern mit soviel anfälliger Elektronik, Sensorik etc. rumfliegen.

 

Übrigens haben Diesel einen kleinen weiteren Nachteil, wenn es zu einem Ölleck kommt, und Öl in den Brennraum gelangt, dann kann der Motor auch eine Zeitlang mit Öl laufen. Obwohl also kein Diesel mehr eingespritzt wird, läuft der Motor weiter. Der SMA-Flugdiesel hat deshalb noch ein "Not-Aus", bei dem die Ansaugluft per Klappe abgesperrt wird. Damit ist der Motor in jeder Situation totzukriegen. (der SMA hat übrigens eine vollmechanische Einspritzung ohne viel Schnickschnack, dem würde ich schon eher trauen)

 

Gruß

Ralf

[MarkusP210]

Ich würde ungern mit soviel anfälliger Elektronik, Sensorik etc. rumfliegen.

 

Naja, eine Doppelzündung bei Lycoming, Continental oder Rolls Royce welche auf demselkben mechanischen Antrieb läuft (die Mehrzahl der Motoren) ist ja wohl auch nicht das gelbe vom Ei.

 

Moderne Flugdiesel sind mit einem sog. FADEC (Full Authority Digital Engine Control) ausgerüstet welches wie Du bereits erwähntest über eine Sensorik zur Erfassung der Lufttemperatur und Menge verfügt und daraus jeweils das optimale Gemisch berechnet und einsprizt. Zu erwähnen ist da, dass FADEC redundant ausgeführt ist , will heissen beim Ausfall eines Kreises springt der zweite Kreis ein (doppelte Sensorik). Je nach Hersteller des FADEC läuft das Triebwerk auch bei Ausfall des zweiten Kreises auf einem Notprogramm weiter. Des Weiteren ist das Einspritzsystem doppelt ausgelegt (zwei Düsen pro Zylinder) und die 'Zündung' ist's ja sowieso.

 

Stellt sich also die Frage, ob ich mit einem Haufen Kabel und Sensorik, ausgelegt für härteste Betriebsbedingungen, erprobt im Automobilbau und daher äusserst zuverlässig, herumfliegen will, oder ob ich mich weiterhin einem fünzigjährigen Gussradiator mit Pseudo-Doppelzündung, Stösselstangen und Nockenwellen in minderer Qualität und einer Verkabelung bei der einem das nackte Grauen packt anvertrauen will ;-)

 

Im Ernst, moderne Flugdiesel sind was tolles und äusserst betriebssicher. Wenn das nicht reicht, gibt's immer noch die Diesel Zweitakter von Delta Hawk oder Zschokke, da hat's (fast) keine bewegten Teile mehr dran.

 

Gruss

 

Markus

[Manuel J]

guten morgen,

wo wir gerade bei der Einspritzung sind:

 

wird bei den modernen Flugdieseln auch eine variable Ventilsteuerung( wie BMW´s Valvetronic) verwendet?

Wenn ja, übernimmt die Ventilsteuerung dann auch die FADEC? Denke mal so könnte man, zusammen mit der Blattverstellung, einen noch besseren Verbrauch rausholen?!

 

gruß

Manuel

[Volume]

Manuel,

 

im Flugzeug wird ein Motor in viel engeren Betriebsgrenzen betrieben, als im Auto. Das Standgas ist relativ hoch eingestellt (der Prop muß ja auch im Standgas gedreht werden), im Vergleich zu Autos, die ja dann genau nichts antreiben. Tatsächlich betrieben wird der Motor meist in seinen oberen 30% Drehzahl und Leistung, Teillast wie im Auto (10-30% Leistung sind typisch) kommt nicht vor. Entsprechend kann der Motor gleich konsequent für den oberen Leistungsbereich ausgelegt werden, variable Ventilsteuerung ist nicht notwendig. (zum Vergleich, weder das VVTi von Toyota noch das VTEC von Honda verstellt irgendwas im Bereich von 65-100% Leistung, da steht längst alles in der "voll Power Stellung", bei BMW weiß ich es nicht)

 

Markus,

 

auch wenn es einige Aerokurier-Schreiberlinge immer wiederholen, ein Diesel hat kein Gemisch, jedenfalls kein regelbares. Ein Saugdiesel wird ausschließlich über das Gemisch gesteuert, da ist nichts wählbar oder regelbar, beim Turbo wird noch der Ladedruck passend dazu gewählt.

Deinen Optimismus bezüglich Redundanz möchte ich haben. Der derzeit hochgelobte Flugdiesel verfügt über eine common rail (wie der name common sagt, genau eine für 4 Zylinder), jedes Leck daran (also an der Pumpe, einer der 4 Düsen oder dem Regler, insgesamt 4 Leitungen und 10 Verschraubungen) legt alles lahm. Es gibt genau einen Satz Einspritzdüsen, jede davon mit genau einem Kabel und einem Stecker angesteuert. Es gibt genau eine Hochdruckpumpe (wohl mit 3 Kolben, keine Ahnung, ob das eine Redundanz bewirkt).

Nur einige der Sensoren und die FADEC selbst sind doppelt vorhanden. Von der hier am Platz stationierten Maschine mit Diesel habe ich eine Menge gehört, darunter so Dinge wie eine Aussenlandung nach Motorausfall und viele abgesagte Flüge, weil die FADEC beim Selbsttest behauptet, es wäre was kaputt. Ich will hier nichts verteufeln, aber für mich persönlich ist der Diesel (insbesondere die Adaption eines PKW-Diesel mit elektronischem Schnickschnack) nicht die Alternative zu unserer bisherigen Motortechnik, die unbestritten ihre Macken und ihren nicht nachvollziehbaren Preis hat, andererseits aber auch sehr viele Vorteile bietet. Ich hatte in über einer halben Million Straßenkilometer noch nie Probleme mit "antiken" Autos mit Vergaser + Transistorzündung, aber schon viele Probleme mit "modernen" Autos mit versagenden elektrischen Benzinpumpen, defekten Luftmengenmessern, hängenden Hauptrelais, spinnender Elektrik (nimmt kein Gas mehr an, durch einfaches Aus- und wiedereinschalten der Zündung in voller Fahrt für einige Minuten behebbar, aber man ist von Windows ja viel gewohnt...), defekten Kurbelwellenwinkelsensoren etc.

 

Ich sage nicht, die neuen Motoren sind S****e, aber ich bezweifle zutiefst, daß sie ein Schritt zu mehr Zuverlässigkeit sind.

 

Gruß

Ralf

[sirdir]

hat, andererseits aber auch sehr viele Vorteile bietet. Ich hatte in über einer halben Million Straßenkilometer noch nie Probleme mit "antiken" Autos mit Vergaser + Transistorzündung, aber schon viele Probleme mit "modernen" Autos mit versagenden elektrischen Benzinpumpen, defekten Luftmengenmessern, hängenden Hauptrelais, spinnender Elektrik (nimmt kein Gas mehr an, durch einfaches Aus- und wiedereinschalten der Zündung in voller Fahrt für einige Minuten behebbar, aber man ist von Windows ja viel gewohnt...), defekten Kurbelwellenwinkelsensoren etc.

 

Das seh ich aber anders. Mit meinem Peugeot 205 bin ich je nach Wetter schon mal mit nem Klumpen Eis um den Vergaser stehen geblieben. Auch sonst bin ich einige male nich weggekommen, weil was kaputt war.

Bei den modereren Autos hatte ich noch nie eine Panne - und ich habe auch das Gefühl, dass heute wesentlich weniger Autos auf dem Pannenstreifen stehen als noch vor 10 Jahren.

Die Elektronik hat schon auch ihre Macken...

[Ingo_Voigt]

Hallo zusammen,

 

bei der Zuverlässigkeit gibt es, wie bei den Preisen seit der Einführung des Euro in Teilen Europas (:008: ), immer eine Art "gefühlte" Zuverlässigkeit, so wie es einen gefühlten Preisanstieg gibt (der ja statistisch angeblich nicht nachweisbar ist - was mir aber auch noch nicht in den Kopf möchte).

 

Worauf ich hinaus möchte ist die Tatsache, dass Benutzer oder Menschen allgemein etwas für nicht zuverlässig betrachten, weil hier und da was schief geht, obwohl statistisch nachweisbar der Betrieb zuverlässiger ist.

Jeder von uns kann sich bestimmt vorstellen, dass er/sie/es jegliches Vertrauen in die Zuverlässigkeit seines PkW schwinden sieht, wenn ihn/sie/es die erste Panne erwischt, oder ein Bekannter/Verwandter/Freund von so einem Erlebnis erzählt. Dabei stand gerade in der letzten Zeitschrift des ADAC etwas von Wahrscheinlichkeiten mit einem PkW liegen zu bleiben - die lag früher bei 3,5% und heute um die 0,5%.

 

Wir dürfen nicht vergessen, denke ich, dass wir Systemen, die wir nicht mehr überblicken können (und wer kann die Elektronik im Auto noch alleine überblicken) prinzipiell mit Skepsis begegnen.

 

Es wird viel mehr für die Zuverlässigkeit von Systemen unternommen als es früher der Fall war und wir gehen heute viel näher an die Grenzen des technisch Machbaren, oder auch Vorhersehbaren. Insofern sind die Margen bis zu einem Versagen des Systems auch kleiner. Warum das passiert?

Bestimmt nicht, weil irgendwer da meint etwas ausleben zu müssen - es ist zu einem gewissen Grad unsere eigene Mentalität, dass alles billiger werden muss. Damit werden also auch Sicherheitsmargen soweit ausgereizt, wie es eben ein sicherer Betrieb noch zulässt.

 

Man schaue sich alleine das Thema Gewichtseinsparung am PkW an - das wird vorangetrieben und forciert bei der Entwicklung bis zum geht-nicht-mehr. Warum? Um letztlich auch den Spritverbrauch zu drosseln - das will der Kunde so.

 

So, meine 2 Cents zu Zuverlässigkeit heutezutage - sorry, dass es etwas langwierig wurde.

 

Viele Grüße,

Ingo

[MarkusP210]

@Ralf

 

Sorry für den 'Nachzügler', war im Urlaub.

 

Zu Deinen Ausführungen:

- Den Ausführungen zum Gemisch kann ich nicht folgen; was wolltest Du damit sagen? Wie wird denn die Leistungsabgabe eines Dieselmotors bewerkstelligt?

 

- Ich sprach nicht unbedingt vom Thielert-Diesel, es gibt auch andere Hersteller (allerdings nocht zertifizeirte) welche sehr wohl zwei 'rails' mit zwei Pumpensträngen pro Triebwerk bereitstellen (Mistral, PowerSport) also zumindest da herrscht Redundanz. Dasselbe gilt für die FADEC-Auslegung: vollständig doppelte Sensorik, Elektronik und Zündleitungsführung inkl. Zündkerzen (Mistral) oder sogar Wegfall der gesamten Zündung (Zschokke, Delta Hawk -> Zweitakt).

 

Was geschieht denn bei der bisherigen Motorentechnik, wenn eine Welle oder ein Zahnrad im Antriebsgehäuse für die Magnete bricht? Oder wenn bei Einspritzern die Zuführleitung zum Einspritzverteiler bricht? In beiden Fällen wäre wahrscheinlich ein sofortiger Motorstop die Folge.

 

In diesen neuen Triebwerken ist also sehr wohl Einiges zum Thema Betriebssicherheit getan worden und der Grund zum Oprimismus ist durchaus gegeben.

 

Markus

[Volume]

Hi Markus,

 

Reden wir nal nur vom Saugdiesel, dann ist das Gemisch die einzige Steuergröße des Motors. Was dem Benziner sein Ladedruck, ist dem Diesel sein Gemisch, es ist die Größe die verändert wird, um die Motorleistung zu steuern.

Beim Benziner ist das Gemisch (in einem engen Bereich) fest, gesteuert wird über den Ladedruck.

Beim Diesel ist der Ladedruck (in einem engen Bereich) fest, gesteuert wird über das Gemisch, sprich die Einspritzmenge.

 

Wenn ich beim Benziner von Gemisch verändern spreche, dann meine ich damit (bei unseren antiken Motoren, egal ob Vergaser oder Einspritzer) verändern der Vergaserabstimmung, um wieder in etwa das optimale Gemisch zu erreichen, das sich aufgrund von Flughöhe, Temperatur etc. geändert hat. Ich "wähle" also das Gemisch nicht unbedingt, ich greife lediglich in die Vergaserabstimmung ein, um das Gemisch wieder in die Nähe von Lambda=1 zu bringen. In gewissen Grenzen kann ich über einen Eingriff in die Gemischbildung entweder etwas unverbrannten Sprit zum Auspuff herausjagen (und damit kühlen), oder etwas Sprit sparen. Das Gemisch ist eine Feinjustierung zwischen Sparsamkeit und interner Kühlung.

 

Beim Diesel bin ich immer im mageren Bereich, d.h. ich spritze immer weniger Diesel ein, als eigentlich mit der Zylinderfüllung Luft zu verbrenen wäre. Im Gegensatz zum Benziner wird der Treibstoff sehr ungleichmäßig verteilt, es gibt in der nähe des Einspritzstrahls ein sehr fettes, in den Ecken und Kanten des Brennraums ein sehr mageres Gemisch. Daran kann ich prinzipiell nichts ändern. Ab einer bestimmten "Verfettung" im Strahlbereich kommt es zu Rußbildung, das begrenzt meine maximal mögliche Einspritzmenge. Einen Diesel "fetter" zu fahren würde nicht zur Kühlung durch unverbrannten Diesel, sondern zum Verrußen durch angkokelteten Diesel führen. Es gibt also keinen vernünftigen Grund, einen Diesel "fetter" als an der Rußgrenze zu fahren. Umgekehrt bedeutet jedes "abmagern" sofort eine entsprechende Leistungsminderung, man gewinnt dabei nicht an Wirtschaftlichkeit, sondern reduziert nur die Leistung. (und nur so reduziert man beim Diesel die Leistung).

Das Gemisch ist damit beim Diesel kein Mittel zur Feinjustierung, sonden alleinige Steuergröße zur Leistungswahl. Das Gemisch wird beim Diesel mit dem Gashebel gesteuert, es gibt keine weitere Möglichkeit das Gemisch zu beeinflussen, es gibt keine andere Möglichkeit, die Leistung zu steuern.

 

Beim Turbodiesel ist es etwas anders, hier kann theoretisch ein anderes Gemisch durch mehr zugeführte Luft gebidet werden, nur bringen tut es fast nichts. Der Turbo erlaubt nur mehr Luft und mehr Diesel in den Zylinder zu füllen, um damit die Leistung zu erhöhen. Im Reiseflug z.B. bei gleicher Einspritzmenge den Ladedruck zu erhöhen (das Gemisch abzumagern) bedeutet keine relevante Leistungsänderung und keine relevante Verbrauchsänderung. Was an mehr Druckenergie im Abgas ist, wird durch die geringere Abgastemperatur ausgeglichen, die Leistung an der Turbine ändert sich fast nicht, sehr wohl aber die Pumpleistung des Verdichters, sprich der Turbo wird wieder von sich aus langsamer und pumpt damit weniger, man müsste sich schon sehr viel Mühe machen über verstellbare Leitschaufeln am Turbolader das Gemisch gezielt zu verändern, der Effekt wäre kaum messbar.

 

Natürlich können moderne Motoren durch Vor- und Nachspritzen den Verbrennungsvorgang beeinflussen, dies trifft aber im wesentlichen für den Kaltstart und den unteren Teillastbereich zu (Nageln im Standgas), im hohen Leistungsbereich kann auch ein moderner Diesel kaum etwas anderes als "volles Rohr Einspritzen". Auch eine Veränderung des Einspritzzeitpunkts (vergleichbar mit dem Zündzeitpunkt beim Benziner) macht fast nur im Teillastbereich Sinn.

Ich gehe aber davon aus, daß durch eine geschickte Ansteuerung des Verstellpropellers (Kombination von Drehzahl, Steigung und Motorleistung) sehr viel mehr zu holen ist, als durch eine Variation vom Einspritzzeitpunkt oder durch Vor- und Nachspritzen. Dieser ganze moderne Krams wird ohnehin im wesentlichen zur Beeinflussung des Abgases gemacht.

 

 

Bezüglich Zoche, DeltaHawk, Wilksch, DieselAir etc. habe ich zuwenig Ahnung, um mich äußern zu können. Aber auch da bleibe ich dabei, eine einfache mechanische Kolben-Einspritzpumpe (von mir aus die "gute alte" Bosch Reiheneinspritzpumpe, die sich seit den 20ern kaum geändert, und in Milliarden von LKW-Kilometern bewährt hat) ist mir lieber, als der ganze Elektronikkrams. Redundante Elektronik ist gut und relativ ausfallsicher, gar nicht notwendige Elektronik kann gar nicht ausfallen. Einspritzleitungen, mechanische Pumpe und Düse werden immer und sowieso gebraucht, jegliche Elektronik ist zusätzlich verbaut, und damit eine weitere mögliche Ausfallquelle, die nicht ausfallen kann, wenn sie ganz eingespart wird. Ich würde sogar 5% Mehrverbrauch dafür in Kauf nehmen, aber soviel dürfte das beim Flugmotor nicht ausmachen (beim Auto wohl, da ja Teillast und Kaltlauf hier viel wichtiger ist).

 

Gruß

Ralf

[MarkusP210]

Hallo Ralf

 

Besten Dank für die interessanten Ausführungen. Das war sehr aufschlussreich, ich ging davon aus dass der Diesel gleich funktioniert wie der Benziner.

 

Bezüglich zusätzlicher Komponenten hast Du natürlich bedingt schon recht. Aber durch den Aufbau echter Redundanzen versucht man ja gerade eben die statistisch wahrscheinlicheren Ausfälle zu kompensieren mit gleichzeitig stark gesenktem Treibstoffverbrauch. Der Ansatz ist nicht nur gut, er ist unbedingt notwendig. Sonst findet das Umdenken ja nie statt und wir fliegen auch in 50 Jähren noch mit unseren Durchlauferhitzern.

 

Nach Durchsicht aller momentan zur Verfügung stehenden Motorvarianten würde ich mich auf jeden Fall für den Zweitakt-Turbodiesel von Delta Hawk entscheiden. Der Motor hat bedeutend weniger bewegte Teile als ein herkömmlicher Benziner, keine Zündung und eine redundante Motorsteuerung. Ausserdem ist Delta Hawk einer der Hersteller welcher die Serienreife erreicht und Motoren erfolgreich in Betrieb hat.

 

Gruss

 

Markus

[Volume]

Hi,

mit gleichzeitig stark gesenktem Treibstoffverbrauch

Im Teillastbereich ja, da sind so um die 20% drin, im Bereich 75-100% Leistung ist ein "moderner" Diesel kaum 5% besser, als ein 30 Jahre alter. Wie schon gesagt, beim Auto wird der Aufwand betrieben, um Schadstoffgrenzwerte einzuhalten. Die wiederum orientieren sich an einem vorgegebenen Fahrzyklus, der deutlich unterhalb der im Flugzeug interessanten Leistung liegt.

Sonst findet das Umdenken ja nie statt und wir fliegen auch in 50 Jähren noch mit unseren Durchlauferhitzern

Tolles Argument. Nur weil es neuer ist, ist es besser. Umdenken macht nur Sinn, wenn es einen auch weiter bringt, sonst sollte man das Gehirnschmalz besser woanders investieren. Einen modernen Motor mit allerlei anfälliger Elektronik (also anfälliger als keine Elektronik, wie gesagt es handelt sich um zusätzlich eingebaute Teile, nicht um den Ersatz mechanischer Komponenten durch elektronische) in eine Zelle, deren Struktur und Aerodynamik Stand der 30er Jahre ist einzubauen, ist sicherlich an der falschen Stelle investiertes Gehirnschmalz. Im Zweifelsfalle fliege ich lieber eine DA-40 mit Durchlauferhitzer als eine Cessna mit modernem Diesel.

 

Gruß

Ralf