Um zu verstehen, wie sich diese Kraftstoffe in Verbrennungsmotoren verhalten, müssen Sie zunächst die Eigenschaften der Kraftstoffe und ihre Unterschiede kennen.
Kraftstoffeigenschaften
Sowohl Benzin als auch Diesel sind organische Flüssigkeiten, die leichter als Wasser sind und am häufigsten aus Erdöl hergestellt werden. Die Herstellung von Diesel erfordert viel weniger Aufwand - Sie können es mit nur wenigen, leicht verfügbaren Chemikalien aus Speiseöl selbst herstellen .
Benzin ist leichter als Diesel, hat eine Dichte von etwa drei Viertel gegenüber Wasser und ist hochflüchtig. Das bedeutet, dass es bei Raumtemperatur schnell verdunstet, weshalb es so stark riecht und in solchen geschlossenen Behältern gelagert wird, wenn ein Fahrzeug nicht direkt betankt wird. Abgesehen von dem Geruch sind Benzindämpfe auch sehr starke Karzinogene und Vorläufer für die Bildung von photochemischem ("braunem") Smog, der während eines besonders schlimmen Vorfalls für einen Angriff mit chemischen Waffen gehalten wird .
Diesel ist im Vergleich zu Benzin überhaupt nicht sehr flüchtig. Dies liegt zum Teil daran, dass es weniger raffiniert ist; Je näher das Destillat am Rohöl liegt, desto stabiler ist es. Sie können es für kurze Zeit ohne nennenswerte Verluste in einem offenen Dieselbehälter lagern.
Flammpunkt
Eng verbunden mit der Flüchtigkeit der Flüssigkeit ist ihr Flammpunkt , die Temperatur, bei der der Dampfdruck der Flüssigkeit hoch genug ist, damit sich ihre Dämpfe bei Vorhandensein einer Zündquelle entzünden können. Unterhalb dieser Temperatur ist der Gleichgewichtszustand so, dass die Verbrennungsreaktion lokalisiert ist, während Sie den Dampf verbrennen können, z. B. mit einem angezündeten Streichholz. Oberhalb des Flammpunkts würde die Flamme eine Kettenreaktion auslösen, die sich über das Volumen des verdampften Kraftstoffs ausbreitet (dieses entzündet ).
Wie zu erwarten, führt die hohe Flüchtigkeit von Benzin zu einem viel niedrigeren Flammpunkt als Diesel. Wikipedia gibt die Werte als -43 ° C (Benzin) und 52 ° C (Diesel) an. Als Referenz bedeutet dies, dass Sie, wenn Sie ein Hallenbad mit Benzin füllen und den Raum ins Gleichgewicht bringen, diesen Raum auf unter –43 ° C ( ungefähr antarktische Temperaturen ) abkühlen müssen, bevor ein beleuchtetes Streichholz das nicht verursacht Platz zum Explodieren. Und selbst bei einer Temperatur weit unter dem Flammpunkt würde dieses Streichholz sehr schnell brennen .
Füllen Sie andererseits dasselbe Schwimmbecken mit Dieselkraftstoff, und Sie müssen den Raum über 52 ° C ( ungefähr Death Valley-Temperaturen ) erwärmen, bevor ein beleuchtetes Streichholz den Raum explodieren lässt.
Dies unterscheidet sich von der Selbstentzündungstemperatur, die auch im Wikipedia-Artikel angegeben ist. Dies ist der Punkt, an dem Sie das Streichholz nicht mehr anzünden müssen. Kaboom! Obwohl Benzin den niedrigeren Flammpunkt aufweist, weist Diesel die niedrigere Selbstentzündungstemperatur auf (256 ° C im Vergleich zu 280 ° C im obigen WP-Artikel).
Wenn wir von sprechenden Kraftstoffen zu sprechenden Motoren übergehen, ist der wichtigste Punkt, an den wir denken müssen, dass mit einer Zündquelle Benzin zuerst gezündet wird. Ohne Zündquelle zündet der Diesel zuerst.
Motoreigenschaften
"Verbrennungsmotor" ist eine breite Kategorie, die viele Motortypen und -technologien umfasst. Der Hauptunterschied zwischen konventionellen Diesel- und Gasmotoren liegt in der Art und Weise, wie der Kraftstoff gezündet wird (siehe Punkt 1 oben!): Benzinmotoren verwenden in der Regel eine Funkenzündung und Dieselmotoren eine Kompressionszündung .
Injektion
Vor dem Zünden muss der Kraftstoff im Tank mit Luft gemischt werden. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen, und obwohl das allgemeine Konzept einfach ist, haben die Kraftstoffeigenschaften einen großen Einfluss darauf, wie dieses Gemisch erreicht wird.
Typischerweise wird der Kraftstoff im Zylinder zerstäubt - durch kleine Düsen, die als Kraftstoffinjektoren bezeichnet werden, versprüht - und erzeugt viele sehr kleine Kraftstofftröpfchen, die in der Luft schweben. (Ältere Autos verwendeten eine andere Technologie , um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen.) Je homogener das Kraftstoff-Luft-Gemisch (oder "Charge") ist, desto effizienter und vollständiger wird es verbrennen und desto besser arbeitet der Motor insgesamt.
Unser Ziel ist es, schnell ein gutes Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erreichen, den Kraftstoff zu entzünden, seine Energie (in Form von nützlicher Arbeit) zu extrahieren und zum nächsten Takt überzugehen. Auf diese Weise holen wir die Leistung ( Arbeit über die Zeit ) aus dem Motor. Durch die Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs wird er sowohl dispergiert als auch seine Oberfläche vergrößert, wodurch er schneller verdunsten kann. Die hohe Flüchtigkeit von Benzin im Vergleich zu Diesel macht es viel einfacher, vollständig zu verdampfen, um diese homogene Ladung zu erhalten. Dies ist jedoch nicht immer ein Vorteil, weshalb wir die Eigenschaften der Motoren selbst berücksichtigen müssen.
Zündung
Die Funkenzündung ist vielleicht die einfachere Methode zu verstehen. Es ist vergleichbar mit der beleuchteten Match-Analogie von früher. Der Unterschied besteht darin, dass nach dem Verdampfen des Kraftstoffs und dem Vermischen mit der Luft die Zündquelle eher ein elektrischer Funke als eine offene Flamme ist. Da der Funke den exakten Zündzeitpunkt steuert, können wir sicherstellen, dass er am besten zum Zeitpunkt des Kolbenhubs eintritt, um die Kraft auf den Antriebsstrang zu übertragen. Wenn die Zündung zum falschen Zeitpunkt erfolgt, kann der Kolben in die falsche Richtung getrieben oder der Kraftstoff unvollständig verbrannt werden. Dies wird als Klopfen bezeichnet und kann den Motor dauerhaft beschädigen.
Im Laufe des letzten Jahrhunderts wurden viele Additive verwendet, um zu verhindern, dass sich Benzin ohne Funken entzündet, einschließlich Blei und MTBE . Andere Formulierungen sind für die Verwendung in Hochleistungsbenzinmotoren (mit höheren Verdichtungsverhältnissen) oder zur Verbesserung der Emissionseigenschaften konzipiert .
Kompressionszündung
In einem Dieselmotor gibt es keinen Funken; Stattdessen wird die Luft im Zylinder schnell komprimiert und erwärmt sich bis zum Selbstentzündungspunkt des Kraftstoffs. Sobald genügend Wärmeenergie zur Verfügung steht, um die Verbrennungsreaktion spontan auszulösen , kaboom! Sie bekommen Ihre Zündung. Um diesen Punkt zu erreichen, ist jedoch viel mehr Kompression erforderlich - viel mehr, als für einen effizienten Betrieb eines Ottomotors erforderlich ist. Dies wird als Verhältnis des Volumens des geschlossenen Zylinders zu Beginn und am Ende eines Hubs gemessen, das auch als Kompressionsverhältnis des Motors bezeichnet wird.
Ohne auf alle Details der Motorzyklen einzugehen, folgt eine Animation, die zeigt, wie sich das Volumen des Zylinders ändert, wenn sich der Kolben auf und ab bewegt:
4StrokeEngine Ortho 3D Small ( CC BY-SA 3.0 oder
GFDL ) von Zephyris (Eigene Arbeit) aus Wikimedia Commons
Ein typischer Ottomotor mit Benzinmotor hat ein Kompressionsverhältnis von etwa 10: 1, was bedeutet, dass das Volumen des Zylinders zu Beginn des Kompressionshubs das 10-fache des Zylindervolumens am Ende des Hubs beträgt. Dieselmotoren mit Selbstzündung haben höhere Verdichtungsverhältnisse, typischerweise um 17: 1, können jedoch höher sein. Die Kompressionsverhältnisse von Benzin und Diesel variieren von Motor zu Motor. Es ist zu beachten, dass Dieselmotoren deutlich höhere Verdichtungsverhältnisse aufweisen als die entsprechenden Benzinmotoren.
Verwenden des falschen Kraftstoffs
Was passiert also, wenn Sie Benzin in einem Dieselmotor verwenden oder umgekehrt? Viele Dinge - aber im Allgemeinen interessieren sich die Leute für:
1. Läuft der Motor?
Diesel in einem Benziner
Wie Trevor bemerkt , gibt es Sicherheitsmaßnahmen, die verhindern, dass ein Benzinfahrzeug mit Dieselkraftstoff gefüllt wird. Diesel ist auch dicker als Benzin, was bedeuten kann, dass Kraftstoffleitungen und Einspritzdüsen verstopft sind. Nehmen wir jedoch an, dass der Diesel tatsächlich in den Motor gelangt.
Erinnern Sie sich an die Nummer 1 unserer Diskussion über Kraftstoffe? Beim Umgang mit Fremdzündung ist Diesel schwerer zu zünden als Benzin. Es hat einen viel höheren Flammpunkt, daher müssen wir seine Temperatur etwas erhöhen, bevor der Motor überhaupt laufen kann. Das Kompressionsverhältnis des Ottomotors ist niedriger, was bedeutet, dass der Kraftstoff nicht so heiß wird. Infolgedessen ist es sehr wahrscheinlich, dass der Motor überhaupt nicht läuft .
Wenn der Motor ein ausreichend hohes Verdichtungsverhältnis hat und / oder wenn es ein ausreichend heißer Tag ist - denken Sie daran, der Flammpunkt von Diesel liegt irgendwo im Bereich des hohen Death Valley-Temperaturbereichs -, läuft der Motor, aber nicht sehr gut. Es kann auch nicht sehr lange laufen; Sie können die Zündung in einigen Zylindern erreichen, aber nicht in anderen, in einigen, aber nicht in anderen, und schließlich verstopfen entweder der Kraftstoff selbst oder seine teilweise verbrannten Reste einen Teil des Systems. Selbst wenn Sie die Zündung einschalten, erhalten Sie weniger Leistung, da die Drehzahlen höher sind (Diesel brennt langsamer als Benzin) und die Temperatur niedriger ist.
Benzin in einem Dieselmotor
Dies ist in vielerlei Hinsicht ein interessanter Fall: Es ist einfacher, eine Benzindüse in ein Dieselfahrzeug an der Pumpe einzubauen, und das dünnere Benzin hat möglicherweise weniger Probleme, sich durch ein Kraftstoffsystem zu bewegen, das für dickeren Diesel ausgelegt ist Der Kraftstoff wird den Motor erreichen.
Jetzt sind wir in der entgegengesetzten Situation. Wir haben einen Kraftstoff, der nicht nur viel einfacher über Funken als Kompression zu entzünden (denken Sie daran, seine Selbstentzündungstemperatur ist höher als Diesel), ist es auch mit Zusätzen formuliert es ohne einen Funken entzünden zu verhindern , so dass es nicht die Motoren beschädigen Es ist so konzipiert, dass es funktioniert. Auch hier besteht die Möglichkeit, dass der Motor überhaupt nicht läuft .
Das heißt aber nicht unbedingt keine Zündung! Ich werde The Straight Dope für diesen Teil der Erklärung zitieren :
Da Benzin so konstruiert ist, dass es selbstentzündlich ist, entzündet sich Benzin in einem Dieselmotor entweder nicht oder zum falschen Zeitpunkt. Einige Dieselmotoren laufen magerer als Benzinmotoren (dh das Luft-Kraftstoff-Gemisch hat einen höheren Luftanteil als ein Benzinmotor). Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Benzin nicht entzündet und unverbrannter Kraftstoff in die heiße Abgasanlage gelangt - wo es sich ironischerweise entzünden und zu möglichen Schäden am Abgas führen kann.
Dies führt uns zu:
2. Wird der Motor beschädigt?
Dieselmotoren werden oft als "härter" empfunden - sie sind so gebaut, dass sie den viel höheren Drücken standhalten, die mit ihren hohen Verdichtungsverhältnissen einhergehen, und zumindest in den USA werden sie im Allgemeinen in größeren Fahrzeugen und Lastwagen vermarktet. Sie liefern mehr Drehmoment, sie bewegen schwere Lasten, sie werden in Generatoren und Industrieanlagen eingesetzt. Daher ist es ironisch, dass der Einbau von Benzin in einen Dieselmotor das Fahrzeug mit größerer Wahrscheinlichkeit beschädigt als umgekehrt.
Neben das Risiko von Benzindämpfen durch den Motor vorbei in anderen Systemen zu explodieren, wenn der Motor nicht das Benzin in den Zylindern zu zünden verwalten, Trevor wies darauf hin , dass das dünnere Benzin weniger Schmierung an den Motor liefern wird; Selbst bei Dieseldrehzahlen dauert es nicht lange, bis sich der Motor ohne ausreichende Schmierung aufreißt. Der Straight Dope-Artikel erwähnt auch einen Verlust der Schmierung, der die Kraftstoffpumpe möglicherweise beschädigen kann.
Endeffekt
In beiden Fällen ist es möglich, den Kraftstoff zu zünden und die Kolben anzutreiben, was bedeutet, dass der Motor schlecht laufen könnte. Aber es ist viel besser für das Fahrzeug, wenn der Motor nicht läuft - besonders für das Dieselfahrzeug, das mit größerer Wahrscheinlichkeit durch das Benzin beschädigt wird (und theoretisch explodieren könnte!). Wir sind nicht hier, um Ratschläge zur automatischen Wartung zu erteilen. Wenn Sie jedoch das Problem aus technischer Sicht verstehen, sollte klar sein, dass das beste Szenario darin besteht, das Problem vor dem Starten des Fahrzeugs zu entdecken, damit der Kraftstofftank es kann mit dem richtigen Kraftstofftyp entleert und nachgefüllt werden.
Und denken Sie daran, Kinder: Versuchen Sie das nicht zu Hause!
