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Unter Dissoziation versteht man die Spaltung chemischer Bindungen unter Bildung kleinerer Einheiten (Radikale, Ionen, kleinere Moleküle). Die für Verbrennungsmotoren relevante Form der Dissoziation ist die thermische Dissoziation. Diese Dissoziation läuft erst bei hohen Temperaturen ab, bei atmosphärischem Druck gelten beispielsweise folgende Verhältnisse: Abb.
Bei einer Temperaturerhöhung mit gleichzeitiger Dissoziation sind folgende Wärmemengen zuzuführen:
- Wärmemengen zur Erwärmung des Gases entsprechend der spez. Wärme
- zur Dissoziation erforderliche Wärme
Die Dissoziation bewirkt eine Erhöhung der spezifischen Wärmekapazitäten der entstehenden Verbrennungsgase (Abbildung 2-14), wodurch bei gleicher zugeführter Wärmemenge qB geringere Prozessspitzentemperaturen und -drücke erreicht werden (Abbildung 2-15).
Während der Expansion geht die Dissoziation wieder zurück (exothermer Vorgang). Die dabei frei werdende Wärme verringert den Temperaturabfall (Druckabfall), so dass am Ende eine erhöhte Expansionsendtemperatur und ein erhöhter Expansionsdruck vorliegen. Durch die höhere Energie am Ende der Expansion ist auch die abzuführende Wärme q
A größer, wodurch bei gleich bleibender zugeführter Wärme der Wirkungsgrad abnimmt.
Der Einfluss der Dissoziation ist in der Nähe des stöchiometrischen Luftverhältnisses am größten, da dort die höchsten Prozessspitzentemperaturen erreicht werden und die Dissoziation daher besonders stark ausgeprägt ist (≈ 3 %)