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Schiffsmaschinenbau > Dieselmotorenanlagen > Flashcards

Dieselmotorenanlagen Flashcards

1
Q

Erläutern Sie den Begriff „Verbrennung“.

A

Unter Verbrennung werden chemische Reaktionen verstanden, bei denen sich ein Stoff unter Wärmefreisetzung (exotherm) mit molekularem Sauerstoff verbindet (Oxidation).

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2
Q

Welche Brennstoffe werden heute hauptsächlich auf Schiffen eingesetzt?

A

Produkte aus Erdöl wie

  • Schweröl (IF),
  • Marine Gasöl (MGO) und
  • Marine Dieselöl (MDO),
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3
Q

Wodurch unterscheiden sich Brennstoffe, die auf Schiffen eingesetzt werden?

A
  • Chemische Zusammensetzung (Reinheit/Rückstände),
  • Brennverhalten,
  • Heizwert,
  • Viskosität (Fließfähigkeit),
  • Herstellungskosten,
  • Umweltbelastung,
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4
Q

Welche chemischen Vorgänge erfolgen während der Verbrennung von Kraftstoffen?

A
  • Oxidation der Kohlenwasserstoffketten (HC) zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2o) unter Wärmeabgabe.
  • Oxidation des Stickstoffes in der Luft zu NOx,
  • Oxidation des Schwefels im Kraftstoff zu SO2
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5
Q

Nennen Sie die wichtigsten Verbrennungsprodukte bei der vollständigen Verbrennung von herkömmlichen Kraftstoffen?

A
  • Wärme,
  • Kohlendioxid,
  • Wasser,
  • Schwefeldioxid,
  • Stickoxide
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6
Q

Welche Verbrennungsprodukte treten bei unvollständiger Verbrennung auf?

A
  • Kohlenmonoxid (CO),
  • unverbrannte/teilverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC)
  • und Ruß
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7
Q

Wie ist die Größe Heizwert H definiert?

A

Der Heizwert ist die bei einer Verbrennung maximal nutzbare Wärmemenge bezogen auf die Brennstoffmasse => MJoule/kg

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8
Q

Wie wird der (theoretische) Luftbedarf für eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffes ermittelt?

A

Sauerstoffanteil in der Luft (Gewicht) = ca. 21%.

Mit den prozentualen Anteilen der Verbrennungspartner und deren Atomgewichte kann der min. Luftbedarf errechnet werden.

Der Wert für mLst liegt bei für Diesel und Schweröl bei etwa 13,8 – 14,6 kg Luft pro 1 kg Brennstoff

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9
Q

Aus welchem Grund wird mehr Luft in den Brennungsraum eines Dieselmotors geleitet, als theoretisch für die Verbrennung des Brennstoffes benötigt?

A

Durch den höheren Luftanteil im Brennraum wird die Chance erhöht, dass alle Brennstoffbestandteile während der kurzen Verbrennungszeit mit genügend Sauerstoffmolekülen in Kontakt treten können.

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10
Q

Wie ist das Verbrennungsluftverhältnis für Verbrennungsmotoren definiert?

A

Das Verbrennungsluftverhältnis λv ist das Verhältnis der tatsächlich im Zylinder vorhandenen Luftmasse mLZ zur (notwendigen) stöchiometrischen Luftmasse

mLst : λv = mLZ / mLst

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11
Q

Durch welche Maßnahmen kann die Gemischbildung im Brennraum eines Dieselmotors positiv beeinflusst werden?

A
  • Hoher Einspritzdruck des Diesels,
  • Hohe Zerstäubung des eingespritzten Diesels durch geeignete Einspritzdüsen,
  • Optimierte Dosierung der Brennstoffmenge über die Einspritzzeit,
  • Luftbewegung im Brennraum (Drall),
  • Optimale Verdampfungstemperatur für den Brennstoff in allen Bereichen des Brennraumes…
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12
Q

Erläutern Sie den Begriff „Zündung“.

A

Zündung ist der Übergang eines nichtreaktiven Kraftstoff-Luftgemisches in eine Verbrennung.

Die Reaktionspartner müssen ein Mindestenergieniveau besitzen (Aktivierungsenergie).

Das Reaktionsgemisch muss eine bestimmte Zusammensetzung aufweisen (Luft-Kraftstoffgemisch).

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13
Q

Erläutern Sie den Ablauf des Zündprozesses im Brennraum eines Dieselmotors.

A
  1. Der Kraftstoffstrahl trifft auf die verdichtete Luft
  2. Kraftstofftröpfchen lösen sich auf und verdampfen
  3. Es bildet sich an einzelnen Stellen ein zündfähiges Gemisch, das sich entzündet
  4. Die Verbrennung breitet sich aus
  5. Die Temperatur und der Druck steigen an. Der restliche Kraftstoff zündet durch …
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14
Q

Von welchen Faktoren ist die Zündung des Brennstoffes im Dieselmotor abhängig?

A

Die Zündung des in die heiße, komprimierte Luft eingespritzten Brennstoffes hängt von der Geschwindigkeit der Bildung von Zündradikalen infolge thermischer Anregung der Moleküle ab.

Die Selbstzündungsbedingungen werden sowohl durch Druck und lokale Temperaturen im Brennraum, als auch durch die lokalen Brennstoffdampfkonzentration beeinflusst.

Die Zündung erfolgt nicht sofort mit dem Einspritzbeginn.

Die Zeit zwischen dem Öffnen der Einspritzdüse (Einspritzbeginn) und dem Zündbeginn (messbare Druckerhöhung im Zylinder) wird als „Zündverzug“ bezeichnet. …

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15
Q

Von welchen Faktoren ist die Entstehung von Ruß und Stickstoffoxid bei der Verbrennung im Dieselmotor abhängig?

A
  • Ruß: partieller Luftmangel, niedrige Verbrennungstemperaturen
  • Stickoxide: partieller hoher Luftüberschuß, hohe Verbrennungstemperaturen
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16
Q

Skizzieren und erläutern Sie den Aufbau eines klassischen Kraftstoffsystems eines Dieselmotors.

A

Komponenten:

  • Kraftstofffilter,
  • Kolbenpumpe (1 Kolben pro Zylinder, angesteuert von einer Nockenwelle),
  • Einspritzhochdruckleitung,
  • Einspritzdüse.
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17
Q

Welche Aufgaben haben die Einspritzpumpen eines Dieselmotors?

A
  • Hochdruckerzeugung und Brennstoffförderung,
  • zeitliche Steuerung der Einspritzung,
  • Dosierung der Einspritzmenge,
  • Gleichzumessung der einzelnen Zylinder
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18
Q

Welche Formen von Einspritzpumpensystemen gibt es?

A
  • Einzelpumpen,
  • Pumpe- Düse- System,
  • Reihenblockpumpen mit separaten Einspritzdüsen,
  • Common- Rail Systeme
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19
Q

Welche Aufgaben haben die Einspritzdüsen eines Dieselmotors?

A
  • Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum,
  • exakte Öffnung und exaktes Schließen der Kraftstoffzufuhr,
  • möglichst feine Zerstäubung des Kraftstoffes
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20
Q

Welche Vorteile hat ein hoher Einspritzdruck des Brennstoffes?

A
  • Kürzere Einspritzzeit, dadurch bessere Steuerung der Verbrennung,
  • kleinere Tröpfchen verbessern die Verbrennung,…
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21
Q

Welche Parameter können (mindestens) von einer Einspritzpumpe in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors und Leistung des Motors angepasst werden?

A

Einspritzbeginn,

Einspritzmenge

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22
Q

Welche Maßnahmen sind im Brennstoffsystem bei der Verwendung von Schweröl notwendig?

A

Erwärmen des Brennstoffes auf > 50° C zur Erreichung einer ausreichenden Fließfähigkeit,

Entfernen von Wasser und Festkörperanteilen (Separieren).

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23
Q

Wie ist der spezifische Kraftstoffverbrauch be definiert?

A

be = mk / Pe(t)

= Kraftstoffverbrauch [kg] /effektive Leistung [kWh]

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24
Q

Aus welchen Komponenten/Bauteilen besteht der Kurbeltrieb eines 4- Taktmotors?

A
  • Kolben mit Kolbenringen und Kolbenbolzen
  • Pleuel (Pleuelstange)
  • Kurbelwelle mit Gegenmassen/ Gegengewichten
  • Lager (Pleuelbuchse, Pleuellager und Grundlager)
  • Schmiermittel
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25
Q

Welche Aufgaben hat die Kurbelwelle eines Motors?

A

Umsetzen der Hubbewegung des Kolbens/Pleuel in eine Drehbewegung.

Übertragung der Drehbewegung auf den Abtriebsflansch,

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26
Q

Welche Aufgaben hat der Kolben eines Verbrennungsmotors?

A
  • Übertragung der Gaskraft (senkrecht und Kolbennormalkraft ( 4 Takt)
  • Kinematische Führung (4 Takt),
  • Aufnahme der Kolbenringe,
  • Begrenzung und Gestaltung des Brennraumes,
  • Wärmeabfuhr
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27
Q

Welche Aufgaben haben die Kolbenringe eines Motors und wie erfüllen sie diese Aufgaben?

A
  • Die Kompressionsringe eines Verbrennungsmotors sollen den Brennraum zum Kurbelraum bzw. Spülluftkanal (Kompressionsringe) abdichten,
  • das Schmieröl auf der Zylinderlauffläche verteilen sowie einen
  • Teil der Kolbenwärme an die Zylinderwand abführen.
  • Zusätzliche Ölabstreifringe dichten bei 4 Taktmotoren den Kurbelraum gegenüber dem Brennraum ab,…
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28
Q

Wozu werden Drehschwingungsrechnungen /-messungen bei den Schiffsantriebsanlagen durchgeführt?

A

Erkennen und vermeiden von unzulässig hohen Schwingungsanregungen, die zu einer Beschädigung des Antriebssystems oder der Schiffsstruktur führen können,

Erkennen von kritischen Frequenzen (Resonanzfrequenzen), damit Festlegung von Drehzahlbereichen, in denen die Anlage nicht betrieben werden soll

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29
Q

Welche Aufgaben haben die Gegenmassen an der Kurbelwelle?

A

Die Gegenmassen gleichen das Ungleichgewicht, dass sich durch die Kombination Pleuel –Kolben- Kurbelwelle ergibt aus.

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30
Q

Welche Eigenschaften müssen die Gleitlager in Verbrennungsmotoren haben?

A
  • Hohe Widerstandsfähigkeit gegen stoßartige Belastungen (große Tragfläche)
  • Lange Lebensdauer auch bei hohen Drehzahlen und Relativgeschwindigkeiten
  • Einfacher Aufbau und platzsparender Aufbau der Lagerschalen
  • Einfache Montage/ Reparaturfreundlich
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31
Q

Welche Aufgaben und Eigenschaften haben Pleuel im Triebwerk eines Verbrennungsmotors?

A

Pleuel übertragen die lineare Bewegung des Kolbens bzw. des Kreuzkopfes auf die Drehbewegung der Kurbelwelle.

Dabei führt das Pleuel sowohl eine oszillierende als auch rotierende Bewegung durch.

Gewicht und Gestaltung des Pleuels beeinflussen direkt das Leistungsgewicht, die Leistungsfähigkeit und die Laufruhe des Motors.

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32
Q

Welche Aufgaben hat das Motorgehäuse eines Verbrennungsmotors?

A

Die in den Zylindern wirkenden

  • Gaskräfte,
  • unausgeglichenen Massenkräfte und –momente des Triebwerkes,
  • inneren Biegemomente der Kurbelwelle,
  • Gleitbahnkräfte
  • Wellendrehmoment
  • Reaktionskräfte

in der Motorlagerung aufzunehmen.

  • Die Kurbelwelle lagern,
  • Die Motorfundamentierung ermöglichen
  • Die Zylinder oder Zylinderblöcke aufnehmen.
  • Anbauten ermöglichen (Brennstoffpumpe, Ölpumpe, usw.)
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33
Q

Wie werden Motorgehäuse für Schiffsmotoren hergestellt?

A

4 Takt Motoren = Gusseisen,

große 2 Takt Motoren:

  • Grundplatte und Ständer = geschweißt,
  • Zylinderblöcke = Gusseisen
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34
Q

Welche Aufgabe hat die Kurbelgehäuseentlüftung?

A

Druckausgleich im Kurbelgehäuse durch das Ableiten von Brenngasen, die an den Kolbenringen vorbei in das Kurbelgehäuse gelangen (Blow By-Gas)

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35
Q

Welche Aufgaben hat die Zylinderlaufbuchse eines Dieselmotors?

A

Die Grundfunktion der Zylinderlaufbuchsen sind die

  • Begrenzung des Brennraumes,
  • die Führung des Kolbens (ggf. mit dem Kreuzkopf),
  • die Gleitbahn für die Kolbenringe
  • und beim 2- Taktmotor die Schlitze zur Gassteuerung.
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36
Q

Welche Anforderungen werden an Zylinderlaufbuchsen gesetzt?

A
  • Hohe Verschleißfestigkeit
  • Gute Laufeigenschaften des Materials bzgl. der Ringe und Kolben
  • Geringe Verformung bei thermischer und mechanischer Belastung
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37
Q

Welche Aufgaben hat der Zylinderkopf eines Dieselmotors?

A
  • Abdichtung des Brennraumes gegenüber dem Zylinderblock.
  • Ausbildung der Brennraumform und Ableitung der Verbrennungswärme.
  • Aufnahme der Verbrennungsluft- und Abgaskanäle
  • Aufnahme der Ventilsteuerung
  • Aufnahme der Einspritzdüse
  • Aufnahme der Startluftventile
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38
Q

Welche Aufgaben haben Zylinderkopfdichtungen?

A

Zylinderkopfdichtungen dienen der Kraftübertragung zwischen dem Zylinderkopf und dem Motorgehäuse.

Zylinderkopfdichtungen erfüllen die Aufgabe, den Verbrennungsraum sowie die Kühlwasser- und Motorölkanäle abzudichten.

39
Q

Wie erfolgt der Gaswechsel (Austausch Abgas – Frischgas) bei einem modernen 2 Takt Schiffsdieselmotor?

A

Gleichstromspülung => Gegen Ende der Abwärtsbewegung des Kolbens wird das Auslassventil geöffnet, das Abgas entweicht durch den Zylinderkopf.

Frischluft wird mit Überdruck durch Spülschlitze im unteren Bereich in den Zylinder geleitet.

Verstärkt durch die beginnende Aufwärtsbewegung des Kolbens wird das restliche Abgas aus dem Zylinder gedrückt, bis das Abgasventil schließt und die Verdichtung beginnt.

40
Q

Wie erfolgt der Gaswechsel (Austausch Abgas – Frischgas) bei einem 4 Takt Dieselmotor?

A

Für den Gaswechsel steht eine vollständige Umdrehung des Motors zur Verfügung.

Nach Ende des Arbeitshubes öffnet das Abgasventil und das Abgas wird vom Kolben aus dem Brennraum gedrückt.

Bei Erreichen des oberen Totpunktes wird das Einlassventil geöffnet und das Abgasventil geschlossen, die Frischluft fließt während der Abwärtsbewegung des Kolbens in den Zylinder.

41
Q

Welche Aufgaben haben die Ventile eines 4 Taktdieselmotors?

A
  • Steuerung des Gaswechsels,
  • Abdichtung des Brennraumes zum Lufteintrittskanal und Abgaskanal
42
Q

Skizzieren Sie den grundsätzlichen Aufbau eines Gaswechselventils.

A
43
Q

Wie werden die Ventile eines 4 Takt Dieselmotors angesteuert (bewegt)?

A

Ventile werden durch Federn im geschlossenen Zustand fixiert.

Die Bewegung der Ventile wird durch ein oder zwei im Zylinderkopf untergebrachte Nockenwellen, oder bei großen Motoren durch eine in der Nähe der Kurbelwelle angebrachte Nockenwelle, die die Bewegung über Stößel und Kipphebel auf die Ventile überträgt, realisiert.

44
Q

Welche Vorteile hat der Einsatz von jeweils zwei Ventilen pro Einlaß- und Auslaßkanal für einen Dieselmotor (gegenüber jeweils einem Ventil pro Kanal)?

A

Bei gleichem Brennraumquerschnitt kann mit 4 Ventilen ein größerer Luftquerschnitt realisiert werden als mit 2 Ventilen

45
Q

Was bedeutet der Begriff „aufgeladen“ für Dieselmotoren?

A

Die Verbrennungsluft wird nicht vom Motor angesaugt (Unterdruck bei Verdichtungsbeginn) sondern mit einem Überdruck (0,5 – 3 bar) in den Zylinder gedrückt

46
Q

Warum werden moderne Dieselmotoren aufgeladen?

A

Erhöhung der Sauerstoffmenge im Brennraum => es kann bei gleichem Hubraum mehr Brennstoff verbrannt werden => mehr Motorleistung

47
Q

Welche Möglichkeiten der Aufladung von Dieselmotoren werden eingesetzt?

A

Mechanische Verdichter und Strömungsmaschinen => Abgasturbolader

48
Q

Skizzieren Sie den Aufbau eines Abgasturboladers und nennen Sie die 4 Hauptbauteile.

A
  • Turbine,
  • Verdichter,
  • Welle
  • Gehäuse
49
Q

Welche Grenzen hat der Einsatz eines Turboladers

A
  • Abgastemperatur,
  • Pumpgrenze des Verdichters,
  • Turbinendrehzahl,
  • Aufladedruckverhältnis
50
Q

Wie hoch ist die durchschnittliche Druckerhöhung der Ansaugluft durch einen Abgasturbolader?

A

Druckerhöhung: 0,5 – 3 bar

51
Q

Können 2 Takt Motoren ohne Aufladung der Ansaugluft betrieben werden? Antwort mit kurzer Begründung.

A

Nein, bzw. nur sehr eingeschränkt.

Im Zylinder des 2 Taktmotors entsteht bei Gasaustauschtakt kein Unterdruck, durch den die Frischluft angesaugt werden kann.

Dadurch gelangt ohne Aufladung keine bzw. viel zu wenig Frischluft in den Brennraum

52
Q

Welche Herausforderungen stellen Abgasturbolader (ATL) beim Teillastbetrieb von 2 Takt Dieselmotoren da?

A

Die ATL können nur bis 40-50% Teillast des Motors selbstständig laufen, darunter reicht die Energie des Abgases nicht mehr aus.

53
Q

Skizzieren Sie die Anordnung einer Ladeluftkühlung an einem Dieselmotor und erläutern Sie seine Funktion.

A

Die Verbrennungsluft wird durch die Verdichtung im Abgasturbolader erhitzt.

Mit dem LLK wird die Luft bei gleich bleibendem Druck abgekühlt.

Dadurch wird die Anzahl der Sauerstoffmoleküle in der Verbrennungsluft pro Zylindervolumen erhöht.

54
Q

Welche Vorteile bietet eine Ladeluftkühlung?

A

Die Verbrennungsluft wird durch die Verdichtung im ATL stark erhitzt.

Die Luft wird im Ladeluftkühler wieder abgekühlt.

Damit erhöht sich die Luftmasse, die in den Verbrennungsraum gelangt => Leistungssteigerung des Motors

55
Q

Welche Gefahr geht von einer übermäßigen Ladeluftkühlung aus?

A

Kondensation von Wasser im Lufteinlassbereich => Korrosion, Wasserschlag

56
Q

Wie können Probleme mit der Verbrennungsluftversorgung während Teillastbetrieb eines aufgeladenen Dieselmotors technisch vermieden werden?

A

Aufbau eines mehrstufigen Abgasturboladersystems

Im Teillastbetrieb werden Abgasturbolader abgeschaltet, die verbleibende Abgasmenge treibt die geschalteten Lader ausreichend an.

(Beispiel: MTU – Registeraufladung)

57
Q

Wie wird die Drehzahl eines Dieselmotors geregelt?

A

(Nur) durch Variation der Einspritzmenge

Die Drehzahl ergibt sich dann in Abhängigkeit von der Last des Motors

58
Q

Wie (aus welchen Komponenten) ist die Drehzahlregelung eines Dieselmotors aufgebaut?

A
  • Sollwertsteller,
  • Drehzahlmesser,
  • Vergleicher Soll/Ist,
  • Stellglied (Aktuator, Stabilisator)
59
Q

Wie sind nach DIN/ISO der Normalbetrieb und der Überlastbetrieb einer Maschinenanlage definiert?

A

Die Nennleistung muss bei der zugehörigen Drehzahl und festgelegten Bezugsbedingungen innerhalb eines Instandsetzungsintervalls als Dauerleistung abgegeben werden können.

Die Überlastbarkeit (Overload Power) des Motors von 10% soll auf dem Prüfstand nachgewiesen werden.

Diese Überlast soll der Motor ohne Schaden für eine definierte Zeit (z.B. 1 Stunde innerhalb von 12 Stunden Betrieb) zu Verfügung stellen können.

60
Q

Was bedeutet die Angabe 90% MCR für Dieselmotoren?

A

Die maximale Dauerleistung wird als MCR (maximum continuous rating) angegeben.

Viele Motorenanlagen sind für 90% dieser Leistung ausgelegt.

61
Q

Welcher Motorzustand wird unter Drehzahldrückung verstanden und was bewirkt sie?

A

Leistungsabforderung bei einer fest eingestellten Drehzahl über die Nennleistung des Motors bei dieser Drehzahl hinaus.

=> Übersteigt die abgeforderte Leitung die Leistungsreserve kann die Drehzahl nicht gehalten werden, sie sinkt (=> Drückung).

Ergebnis:

  • steigende Abgastemperatur,
  • steigende Bauteiltemperatur,
  • sinkender ATL Wirkungsgrad,
  • stark sinkendes Verbrennungsluftverhältnis
62
Q

Für welche Umweltbedingungen sind die Betriebskennwerte von Dieselmotoren angegeben?

A

Für Schiffsanwendungen gelten folgende Auslegungsbedingungen:

  • Ansaugluftdruck pr = 1 bar
  • Ansauglufttemperatur tr = 318 K (45° C)
  • Relative Luftfeuchte Φr = 60%
  • Kühlwassertemp. vor Ladeluftkühler tcr = 305 K (32° C)
63
Q

Skizzieren Sie das Betriebskennfeld eines aufgeladenen Dieselmotors und erläutern Sie die die Betriebsgrenzen.

A
  • Min. n = Minimale Motordrehzahl: Führt mit einer zu geringen, ungleichmäßigen Einspritz-menge zu einem instabilem Motorlauf
  • Pumpgrenze des Turboladers: Der Turbolader arbeitet ungleichmäßig und versorgt den Motor damit ungleichmäßig mit Luft. Die Verdichtung wird damit ebenfalls ungleichmäßig.
  • Max. Mitteldruck Pme: Minimales Verbrennungsluftverhältnis, thermische Grenze, maximale Drückung.
  • Max. n.: Maximale Drehzahl: Überbelastung durch Massenkräfte.
  • Min Mitteldruck Pme: Unruhiger Lauf durch relativ hohe Massenkräfte, Gefahr von Lagerschäden, Gefahr von Tieftemperaturkorrosion im Zylinder …
64
Q

Wie funktioniert das Umsteuern eines 2 Taktdieselmotors prinzipiell?

A

Stoppen des Motors,

Umschalten (Umsteuern) der Ventil- und Einspritzsteuerung (Verschieben der Nockenwelle)

Starten des Motors mit umgekehrter Drehrichtung

65
Q

Welche Einsatzzwecke gibt es für Dieselmotoren an Bord von Schiffen?

A

Dieselmotoren können im Schiffsbetrieb als Antriebsmaschinen

  • für Festpropelleranlagen
  • für Verstellpropelleranlagen,
  • für Generatoren,
  • für Verdichter oder Pumpen eingesetzt werden.
66
Q

Welche grundsätzlichen Betriebsbedingungen gibt es für Dieselmaschinen auf Schiffen?

A

Betrieb mit

  • konstanter Drehzahl und variabler Leistung;
  • entlang der Propellercharakteristik,
  • mit konstantem Drehmoment (Drehzahldrückung)
67
Q

Welche Vorteile hat eine Verstellpropelleranlage im Hinblick auf die Motorauslegung?

A

Der wesentliche Vorteil der Verstellpropelleranlagen ist, dass im Teillastbereich die Steigung des Propellers angepasst werden kann.

Eine Drückung wird vermieden. Das bedeutet, dass der Motor über einen weiten Bereich bei Nenndrehzahl betrieben werden kann und damit im Teillastbereich günstigere Verbrauchswerte und bessere Beschleunigungswerte (=> siehe ATL) aufweist.

68
Q

Wie werden Dieselmotoren als Antrieb von Stromgeneratoren betrieben, welche Betriebszustände sind kritisch?

A

Konstante Drehzahl mit wechselnder Last,

kritische Betriebszustand: schnelle Lastsprünge => die Drehzahl kann dann nicht exakt gehalten werden => Schwankungen im Stromnetz

69
Q

Erläutern Sie den Begriff „Slow Steaming“ in der Schifffahrt.

A

Im „Slow Steaming Betrieb“ fährt das Schiff dauerhaft mit einer Geschwindigkeit, die deutlich unter der Auslegungsgeschwindigkeit liegt.

Die Motorenanlage fährt dann in einem Leistungsbereich deutlich unterhalb von 50% der Auslegungsleistung.

Ziel dieser Maßnahme ist ein deutlich reduzierter Kraftstoffverbrauch.

Problem: Die Motoranlage wird außerhalb der Betriebsgrenzen betrieben => Gefahr der Beschädigung.

70
Q

Welche Modifikationen sind an der Antriebsanlage eines Handelsschiffes im Allgemeinen nötig, damit das Schiff im „Slow Steaming“ Betrieb fahren kann?

A

Um die Motorenanlagen der Schiffe dauerhaft mit einer deutlich reduzierten Leistung (< 50%) betreiben zu können, sind in der Regel Modifikationen an der Motorenanlage notwendig:

  • Modifikation der Abgasturboanlage (ggf. Abschaltung einzelner ATL`s, Bypaslösungen oder Hilfsgebläse)
  • Modifikation der Brennstoffeinspritzung (Einspritzdüsen etc.)
  • Einbau einer lastabhängigen Zylinderbuchsenschmierung
  • Modifikation der Motorsteuerung
71
Q

Welche Aufgaben hat das Schmierölsystem in einem Dieselmotor?

A
  • Verschleiß gering halten,
  • Wärme abführen,
  • Verschmutzungen abführen
72
Q

Welche Aufgaben haben die Additive im Schmieröl?

A
  • Verhinderung von Ablagerungen,
  • Neutralisation von Säuren,
  • Anpassen der Viskosität des Öls
73
Q

Welche Bedeutung hat die Umwälzzahl für das Schmieröl?

A

Die Umwälzzahl z gibt die durchschnittliche Häufigkeit des Durchlaufes von einem Tropfen Schmieröl durch den Motor an.

Je häufiger das Öl pro Stunde durchläuft, desto schneller verschleißt das Schmieröl.

74
Q

Welche Einflüsse beschleunigen die Alterung des Schmieröls?

A
  • Thermische Einflüsse,
  • Wasser im Motor,
  • Kontakt mit Brennstoff
75
Q

Welche Auswirkungen hat die Nutzung von überaltertem Schmieröl?

A

Verschleiß des Motors wird erhöht, das Motorinnere verschmutzt

76
Q

Wie ist das Schmierölsystem bei einem 2 Taktmotor-Kreuzkopfmotor aufgebaut?

A

Für den Kurbelraum, mit dem Kreuzkopf und der Nockenwelle, und angebauten Motorteile wie die ATL wird ein Schmierölsystem vergleichbar mit einem 4 Taktmotor verwendet.

Für die Zylinder-Laufbuchsenschmierung wird ein eigenes Schmierölsystem verwendet, dass spezielles Öl durch Schmierungsbohrungen /Nuten über den Umfang des Zylinders auf einer oder mehreren Hubhöhen gesteuert einspritzt.

77
Q

Welche Aufgaben hat das Abgassystem eines Dieselmotors

A
  • Sammeln und Ableitung des Abgases,
  • Ableitung von Wärme,
  • ggf. Wärmerückgewinnung,
  • Geräuschdämpfung
78
Q

Skizzieren Sie den Aufbau eines herkömmlichen Abgassystems von Handelsschiffen und nennen Sie die Hauptkomponenten.

A
  • Abgassammelrohr (am Motor),
  • Abgaskompensatoren,
  • ggf. Dampferzeuger,
  • Abgasschalldämpfer,
  • Abgasleitung,
  • Abgasaustritt)
79
Q

Nennen Sie typische schädliche Abgasbestandteile von Schiffsdieselmotoren.

A
  • Stickoxide,
  • Schwefeloxide,
  • Kohlenmonoxid,
  • Hydrocarbonate,
  • Teiloxidierte Kohlenwasserstoffe,
  • Ruß
80
Q

Welche Abgasbestandteile sollen nach den Vorgaben der IMO reduziert werden?

A

Schwefeloxide

und

Stickoxide

81
Q

Wie kann das Abgas von Schiffsdieselmotoren entsprechend der IMO- Vorgaben gereinigt/ aufbereitet werden?

A

Entschwefelungsanlagen (naß / trocken) sowie Katalysatoren zur NOx-Reduktion

82
Q

Welches Reaktionsprodukt entsteht bei der s.g. „trockenen Entschwefelung“ von Abgas?

A

Gips

83
Q

Welches chemische Zusatzmittel wird bei NOx- Katalysatoren benötigt?

A

Aus Harnstoff gewonnenes Ammoniak

84
Q

Erläutern Sie die Aufgaben und die grundsätzliche Wirkungsweise des Dampfsystems auf einem modernen Handelsschiff. Erläuterung mit Skizze.

A

Im Abgassystem befindet sich ein Heizkessel, in dem mit Hilfe der Abgaswärme Wasserdampf erzeugt wird.

Dieser Wasserdampf wird durch Rohrleitungen durch die Schwerölbunker und - tanks sowie entlang der Treibstoffleitungen geleitet. Durch die Erwärmung wird der Kraftstoff fließfähig.

Zusätzlich wird der Wasserdampf zur Erzeugung von Warmwasser (für die Besatzung) sowie für den Frischwassererzeuger genutzt.

85
Q

Welche Hauptaufgabe hat das Druckluftsystem für Schiffsantriebe? Erläutern Sie den Aufbau des Systems? (mit Skizze)

A

Bereitstellen von Anlassluft zum Starten der Motoren

86
Q

Wie ist das Kühlwassersystem eines 2 Takt Dieselmotors (als zentrales Kühlsystem) prinzipiell aufgebaut? Erläuterung mit Skizze.

A
  • Seewasserkreislauf mit einem oder zwei Seewasser-/Frischwasser Wärmetauschern,
  • ein Niedertemperaturkühlkreislauf für die generelle Motorkühlung,
  • ein Hochtemperaturkühlkreislauf zur Kühlung der Zylinderlaufbuchsen, Zylinderköpfe usw.
87
Q

Wie können die neuen (bzw. zukünftigen) Grenzwerte für Verbrennungsprodukte auf Schiffen erreicht werden?

A
  • Verwendung von schwefelarmen Dieselkraftstoffen,
  • Verwendung von Erdgas als Brennstoff,
  • Einsatz von Abgasbehandlungssystemen,
  • Ergänzend: Innermotorische Optimierungsmaßnahmen)
88
Q

Nennen Sie die Hauptbestandteile von Erdgas.

A

Methan (75-99%)

Rest:

  • Ethan,
  • Propan,
  • Butan &
  • Inertgase …
89
Q

Bei welchen Temperaturen wird Erdgas flüssig gelagert

A

LNG = -161 - -164°C

90
Q

Welche generellen Vorteile bietet der Einsatz von verflüssigtem Erdgas (LNG) für Schiffsantriebe?

A
  • LNG ist gut verfügbar und (heute noch) preiswert,
  • schwefelarm,
  • es entsteht kein Ruß sowie weniger CO2 und NOx als bei der Verbrennung als bei herkömmlichen Kraftstoffen.
  • Es stehen Motoren für den LNG Einsatz zur Verfügung)
91
Q

Welche generellen Nachteile bietet der Einsatz von verflüssigtem Erdgas (LNG) für Schiffsantriebe?

A

Der Heizwert von LNG ist bezogen auf das Volumen nur etwa ½ so hoch wie Diesel => Man benötigt mehr Treibstoffvolumen.

LNG ist deutlich gefährlicher (Explosionsgefahr, tiefe Temperaturen des LNG) in der Handhabung als herkömmliche flüssige Brennstoffe.

Die Betankung und Lagerung von LNG ist deshalb deutlich aufwändiger als für flüssige Brennstoffe.

Bei der Verbrennung in Dieselmotoren von LNG wird ein Anteil Methan freigesetzt, der 25x klimaschädlicher ist als CO2.)

92
Q

Nach welchen Funktionsprinzipien arbeiten heutige Erdgasmotoren?

A

Es gibt derzeit drei Funktionsprinzipien:

  • Ottogasmotoren
  • Dieselgasmotoren
  • Motoren mit gemischtem Diesel- Ottobetrieb
93
Q

Erläutern Sie das Funktionsprinzip von Gasmotoren mit gemischtem Diesel-Otto- Betrieb.

A

DO-Gasmotoren arbeiten nach einem gemischten Otto-Diesel- Verbrennungsprozess.

Im Gasbetrieb wird das verflüssigte Gas in der Lufteinlassleitung mit der Frischluft vermischt und gelangt dann als Gasgemisch (Otto!) in den Verbrennungsraum.

Nach dem Verdichtungsprozess wird eine kleine Menge Dieselöl (mit einem eigenen Einspritzsystem) in den Verbrennungsraum gespritzt, der ist selbständig entzündet (Diesel) und damit die gesamte Verbrennung in Gang setzt.

Diese Motoren können im Gasbetrieb und im reinen Dieselölbetrieb gefahren werden.

Schiffsmaschinenbau (5 decks)

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