Verteilervakuum – Wikipedia
Druckdifferenz bei Verbrennungsmotoren
Verteilervakuum, oder Motorvakuum In einem Verbrennungsmotor ist der Luftdruckunterschied zwischen dem Ansaugkrümmer des Motors und der Erdatmosphäre.
Das Saugrohrvakuum ist eine Auswirkung der Bewegung eines Kolbens auf den Ansaugtakt und den Drosselstrom durch eine Drossel im Ansaugkrümmer eines Motors. Es ist ein Maß für das Ausmaß der Einschränkung des Luftstroms durch den Motor und damit für die nicht genutzte Leistungskapazität im Motor. Bei einigen Motoren wird das Saugrohrvakuum auch als Hilfsstromquelle zum Antrieb des Motorzubehörs und für das Kurbelgehäuseentlüftungssystem verwendet.
Verteilervakuums dürfen nicht mit Venturi-Vakuums verwechselt werden, die in Vergasern ausgenutzt werden, um eine Druckdifferenz herzustellen, die ungefähr proportional zum Luftmassenstrom ist, und um ein etwas konstantes Luft / Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten. Es wird auch in Leichtflugzeugen verwendet, um den Luftstrom für pneumatische Kreiselinstrumente bereitzustellen.
Überblick[edit]
Die Luftströmungsrate durch einen Verbrennungsmotor ist ein wichtiger Faktor, der die vom Motor erzeugte Leistung bestimmt. Die meisten Benzinmotoren werden gesteuert, indem dieser Durchfluss mit einer Drossel begrenzt wird, die den Ansaugluftstrom einschränkt, während ein Dieselmotor durch die dem Zylinder zugeführte Kraftstoffmenge gesteuert wird und daher keine “Drossel” als solche hat. Ein Saugrohrvakuum ist in allen Saugmotoren vorhanden, die Drosseln verwenden (einschließlich Benzinmotoren mit Vergaser und Kraftstoffeinspritzung im Otto-Zyklus oder im Zweitakt-Zyklus; Dieselmotoren haben keine Drosselklappen).
Der Massenstrom durch den Motor ist das Produkt aus der Drehzahl des Motors, dem Hubraum des Motors und der Dichte des Ansaugstroms im Ansaugkrümmer. In den meisten Anwendungen wird die Rotationsrate durch die Anwendung eingestellt (Motordrehzahl in einem Fahrzeug oder Maschinendrehzahl in anderen Anwendungen). Der Hubraum hängt von der Motorgeometrie ab, die im Allgemeinen während des Motorbetriebs nicht einstellbar ist (obwohl einige Modelle über diese Funktion verfügen, siehe variabler Hubraum). Durch die Einschränkung des Eingangsflusses wird die Dichte (und damit der Druck) im Ansaugkrümmer verringert und die erzeugte Leistung verringert. Es ist auch eine Hauptquelle für den Motorwiderstand (siehe Motorbremsung), da die Niederdruckluft im Ansaugkrümmer während des Ansaugtakts weniger Druck auf den Kolben ausübt.
Wenn die Drosselklappe geöffnet wird (in einem Auto wird das Gaspedal gedrückt), kann die Umgebungsluft den Ansaugkrümmer füllen und den Druck erhöhen (das Vakuum füllen). Ein Vergaser oder ein Kraftstoffeinspritzsystem fügt dem Luftstrom Kraftstoff im richtigen Verhältnis hinzu und versorgt den Motor mit Energie. Wenn die Drossel vollständig geöffnet ist, ist das Luftansaugsystem des Motors dem vollen atmosphärischen Druck ausgesetzt, und es wird ein maximaler Luftstrom durch den Motor erreicht. Bei einem Saugmotor wird die Ausgangsleistung durch den Umgebungsluftdruck begrenzt. Lader und Turbolader erhöhen den Krümmerdruck über den atmosphärischen Druck.
Moderne Entwicklungen[edit]
Moderne Motoren verwenden einen vielfältigen Absolutdruck (abgekürzt als KARTE) Sensor zur Messung des Luftdrucks im Ansaugkrümmer. Der absolute Krümmerdruck ist einer von vielen Parametern, die vom Motorsteuergerät (ECU) zur Optimierung des Motorbetriebs verwendet werden. Bei bestimmten Anwendungen ist es wichtig, zwischen Absolut- und Manometerdruck zu unterscheiden, insbesondere bei solchen, bei denen sich die Höhe während des normalen Betriebs ändert.
Aufgrund von behördlichen Vorschriften zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs (in den USA) oder der Kohlendioxidemissionen (in Europa) wurden Personenkraftwagen und leichte Lastkraftwagen mit einer Vielzahl von Technologien ausgestattet (verkleinerte Motoren, Überbrückung, Getriebe mit mehreren Übersetzungsverhältnissen und Overdrive-Getriebe) (variable Ventilsteuerung, Zwangsansaugung, Dieselmotoren usw.), die das Saugrohrvakuum unzureichend oder nicht verfügbar machen. Elektrische Vakuumpumpen werden heute üblicherweise zur Stromversorgung von pneumatischem Zubehör verwendet.
Verteilervakuum vs. Venturi-Vakuum[edit]
Das Saugrohrvakuum wird durch ein anderes Phänomen verursacht als das Venturi-Vakuum, das in Vergasern vorhanden ist. Das Venturi-Vakuum wird durch den Venturi-Effekt verursacht, der bei festen Umgebungsbedingungen (Luftdichte und Temperatur) vom Gesamtmassenstrom durch den Vergaser abhängt. Bei Motoren mit Vergaser ist das Venturi-Vakuum ungefähr proportional zum Gesamtmassenstrom durch den Motor (und damit zur Gesamtleistung). Wenn sich der Umgebungsdruck (Höhe, Wetter) oder die Temperatur ändern, muss der Vergaser möglicherweise angepasst werden, um diese Beziehung aufrechtzuerhalten.
Der Verteilerdruck kann auch “portiert” werden. Bei der Portierung wird ein Ort für den Druckhahn innerhalb des Bewegungsbereichs der Drosselklappe ausgewählt. Abhängig von der Drosselklappenstellung kann sich ein Druckhahn mit Anschluss entweder vor oder hinter der Drosselklappe befinden. Wenn sich die Drosselklappenstellung ändert, wird ein “portierter” Druckhahn selektiv entweder mit dem Krümmerdruck oder dem Umgebungsdruck verbunden. Antike Motoren (vor OBD II) verwendeten häufig Anschlussverteiler-Druckhähne für Zündverteiler und Abgasreinigungskomponenten.
Verteilervakuum in Autos[edit]
Die meisten Automobile verwenden Viertakt-Ottomotoren mit mehreren Zylindern, die an einem einzigen Einlasskrümmer angebracht sind. Während des Ansaugtakts senkt sich der Kolben im Zylinder und das Einlassventil ist geöffnet. Wenn der Kolben abfällt, erhöht er effektiv das Volumen im darüber liegenden Zylinder und stellt einen niedrigen Druck ein. Der atmosphärische Druck drückt Luft durch den Verteiler und den Vergaser oder das Kraftstoffeinspritzsystem, wo sie mit Kraftstoff gemischt wird. Da mehrere Zylinder zu unterschiedlichen Zeiten im Motorzyklus arbeiten, besteht eine nahezu konstante Druckdifferenz durch den Einlasskrümmer vom Vergaser zum Motor.
Um die Menge des in den Motor eintretenden Kraftstoff / Luft-Gemisches zu steuern, ist in der Regel am Anfang des Ansaugkrümmers (bei Vergasermotoren direkt unter dem Vergaser) eine einfache Absperrklappe (Drosselklappe) angebracht. Die Absperrklappe ist einfach eine kreisförmige Scheibe, die auf einer Spindel angebracht ist und in das Rohrwerk passt. Es ist mit dem Gaspedal des Fahrzeugs verbunden und so eingestellt, dass es vollständig geöffnet ist, wenn das Pedal vollständig gedrückt ist, und vollständig geschlossen ist, wenn das Pedal losgelassen wird. Die Absperrklappe enthält häufig eine kleine “Leerlaufabschaltung”, ein Loch, durch das auch bei vollständig geschlossenem Ventil geringe Mengen Kraftstoff / Luft-Gemisch in den Motor gelangen können, oder der Vergaser verfügt über einen separaten Luftbypass mit eigenem Leerlaufstrahl.
Wenn der Motor unter leichter oder keiner Last und niedriger oder geschlossener Drossel läuft, besteht ein hohes Saugrohrvakuum. Wenn die Drosselklappe geöffnet wird, steigt die Motordrehzahl schnell an. Die Motordrehzahl wird nur durch die Menge an Kraftstoff / Luft-Gemisch begrenzt, die im Verteiler verfügbar ist. Bei Vollgas und geringer Last begrenzen andere Effekte (wie Ventilschwimmer, Turbulenzen in den Zylindern oder Zündzeitpunkt) die Motordrehzahl, so dass der Krümmerdruck ansteigen kann – in der Praxis jedoch parasitärer Widerstand an den Innenwänden des Krümmers plus Die restriktive Natur des Venturi im Herzen des Vergasers bedeutet, dass immer ein niedriger Druck aufgebaut wird, wenn das Innenvolumen des Motors die Luftmenge überschreitet, die der Verteiler liefern kann.
Wenn der Motor unter starker Last bei großen Drosselöffnungen arbeitet (z. B. beim Beschleunigen aus dem Stand oder beim Hochziehen des Fahrzeugs einen Hügel hinauf), wird die Motordrehzahl durch die Last begrenzt und es wird ein minimales Vakuum erzeugt. Die Motordrehzahl ist niedrig, aber die Absperrklappe ist vollständig geöffnet. Da die Kolben langsamer abfallen als ohne Last, sind die Druckunterschiede weniger ausgeprägt und der parasitäre Widerstand im Ansaugsystem ist vernachlässigbar. Der Motor zieht mit vollem Umgebungsdruck Luft in die Zylinder.
In einigen Situationen wird mehr Vakuum erzeugt. Beim Abbremsen oder beim Abstieg wird die Drosselklappe geschlossen und ein niedriger Gang zur Geschwindigkeitsregelung gewählt. Der Motor dreht sich schnell, da sich die Straßenräder und das Getriebe schnell bewegen, die Absperrklappe jedoch vollständig geschlossen ist. Der Luftstrom durch den Motor wird durch die Drossel stark eingeschränkt, wodurch auf der Motorseite der Absperrklappe ein starkes Vakuum erzeugt wird, das dazu neigt, die Motordrehzahl zu begrenzen. Dieses als Motorbremsen bekannte Phänomen wird verwendet, um ein Beschleunigen zu verhindern oder sogar bei minimalem oder keinem Bremsverbrauch zu verlangsamen (wie beim Abstieg auf einem langen oder steilen Hügel). Diese Unterdruckbremsung sollte nicht mit einer Kompressionsbremsung (auch als “Jake-Bremse” bezeichnet) oder mit einer Abgasbremsung verwechselt werden, die häufig bei großen Diesel-LKWs eingesetzt wird. Solche Vorrichtungen sind für die Motorbremsung mit einem Diesel erforderlich, da ihnen eine Drossel fehlt, um den Luftstrom ausreichend einzuschränken und ein ausreichendes Vakuum zum Bremsen eines Fahrzeugs zu erzeugen.
Verwendung von Verteilervakuum[edit]
Dieser niedrige (oder negative) Druck kann verwendet werden. Ein Manometer, das den Krümmerdruck misst, kann angebracht werden, um dem Fahrer einen Hinweis darauf zu geben, wie hart der Motor arbeitet, und es kann verwendet werden, um durch Anpassen der Fahrgewohnheiten eine maximale momentane Kraftstoffeffizienz zu erreichen: Die Minimierung des Krümmervakuums erhöht die momentane Effizienz[citation needed]. Ein schwaches Saugrohrvakuum unter Bedingungen mit geschlossener Drossel zeigt, dass die Absperrklappe oder die internen Komponenten des Motors (Ventile oder Kolbenringe) abgenutzt sind, was eine gute Pumpwirkung des Motors verhindert und den Gesamtwirkungsgrad verringert.
Vakuum wird häufig verwendet, um Hilfssysteme am Fahrzeug anzutreiben. Vakuumunterstützte Bremsservos verwenden beispielsweise Atmosphärendruck, der gegen das Vakuum des Motorverteilers drückt, um den Druck auf die Bremsen zu erhöhen. Da das Bremsen fast immer mit dem Schließen der Drosselklappe und dem damit verbundenen hohen Saugrohrvakuum einhergeht, ist dieses System einfach und nahezu kinderleicht. Auf Anhängern wurden Vakuumtanks installiert, um ihre integrierten Bremssysteme zu steuern.
Vor der Einführung der Federal Motor Vehicle Safety Standards in den USA durch das National Traffic and Motor Vehicle Safety Act von 1966 war es üblich, Krümmervakuum zu verwenden, um Scheibenwischer mit einem pneumatischen Motor anzutreiben. Dieses System war billig und einfach, führte jedoch zu dem komischen, aber unsicheren Effekt von Scheibenwischern, die im Leerlauf mit voller Geschwindigkeit arbeiten, während der Fahrt etwa mit halber Geschwindigkeit arbeiten und ganz anhalten, wenn der Fahrer das Pedal vollständig betätigt. Fahrzeug-HLK-Systeme verwendeten auch Krümmervakuum, um Aktuatoren anzutreiben, die den Luftstrom und die Temperatur steuern.
Ein weiteres veraltetes Zubehör ist der Kraftstoffheber “Autovac”[1] Dabei wird Vakuum verwendet, um Kraftstoff vom Haupttank zu einem kleinen Hilfstank zu befördern, von dem er durch Schwerkraft zum Vergaser fließt. Dadurch wurde die Kraftstoffpumpe eliminiert, die in frühen Autos ein unzuverlässiger Gegenstand war.
Verteilervakuum in Dieselmotoren[edit]
Viele Dieselmotoren haben keine Drosselklappen. Der Verteiler ist direkt mit dem Lufteinlass verbunden, und der einzige erzeugte Sog ist der, der durch den absteigenden Kolben ohne Venturi verursacht wird, um ihn zu erhöhen. Die Motorleistung wird durch Variieren der Kraftstoffmenge gesteuert, die durch eine Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder eingespritzt wird System. Dies trägt dazu bei, Diesel wesentlich effizienter als Benzinmotoren zu machen.
Wenn Vakuum erforderlich ist (Fahrzeuge, die sowohl mit Benzin- als auch Dieselmotoren ausgestattet werden können, verfügen häufig über Systeme, die dies erfordern), kann eine an die Drossel angeschlossene Absperrklappe am Verteiler angebracht werden. Dies verringert die Effizienz und ist immer noch nicht so effektiv, da es nicht an ein Venturi angeschlossen ist. Da Niederdruck nur beim Überfahren erzeugt wird (z. B. beim Abfahren von Hügeln mit geschlossener Drosselklappe), nicht in einer Vielzahl von Situationen wie bei einem Benzinmotor, ist ein Vakuumtank eingebaut.
Die meisten Dieselmotoren verfügen jetzt über eine separate Vakuumpumpe (“Absaugung”), die jederzeit und bei allen Motordrehzahlen für Vakuum sorgt.
Viele neue BMW Benzinmotoren verwenden im Normalbetrieb keine Drosselklappe, sondern stattdessen Einlassventile mit variablem Hub “Valvetronic”, um die in den Motor eintretende Luftmenge zu steuern. Wie bei einem Dieselmotor ist bei diesen Motoren praktisch kein Saugrohrvakuum vorhanden, und es muss eine andere Quelle verwendet werden, um das Bremsservo anzutreiben.
Verweise[edit]
Siehe auch[edit]
Recent Comments