Brennraumtemperaturen unter E85 (für Theoretiker)

[saturn78]

Ich hab mir nochmal ein paar Gedanken zum Thema Brennraumtemperaturen im E85-Betrieb gemacht:

Folgendes Szenario:

Ein Standart 4-Zylinder Saugmotor, indirekteinspritzer, ohne Turbo, Kompressor oder Selbstaufladung. Lambda 1 soll gehalten werden.

Wird dieser Motor nun mit E85 statt Benzin betrieben, muss (auf welchem Weg auch immer) mehr Kraftstoff eingespritzt werden (egal jetzt, ob 35% oder 45%).
Wird Lambda 1 gehalten, sollte sich die Verbrennungstemperatur nicht erhöhen,oder?

Unter E85 kommt aber mehr Kraftstoff zum Einsatz als unter Benzin, müsste dann nicht ,durch die größere Verdunstungskälte, eine niedrigere Ausgangstemperatur vor der Zündung vorliegen?

Und wenn die Verbrennungtemperatur gleich ist, so müsste doch die Verbrennungsendtemperatur niedriger sein, als unter Benzin.

Also geringere Brennraumtemperatur unter E85???

Oder hab ich was übersehen?

[Georg266]

Zitat:

Original geschrieben von Pustefix 2

Hallo Gary,
wissenschaftlich belegen kann ich das nicht-nur empirisch-
Wir vertreiben die Umrüstsätze für E-85-
und unsere KFZ meister sind sich unisono zu diesem Thema einig-das die motoren im LPG betrieb heißer laufen-warum- keine Ahnung-
aber es scheint einfach so zu sein-
viele Grüße
Stepke

Ich bin selbst Geschäftsmann und hinterfrage Alles, was mit meinem Geschäft zu tun hat. Die Kunden wollen auch Informationen. Und wenn ich keine Informationen habe, kaufen die Leute nicht, weil sie in dem Moment kein Vertrauen haben.

[GaryK]

@Pustefix

Ich hab eine gewagte Theorie zum Thema "LPG brennt heisser" und die ist vermutlich haltbar.

Sagt der Umrüster "Temperatur identisch, Ventilsitze gasfest, alles kein Thema" und es passiert was, dann ist der Umrüster aus Sicht des Kunden schuld. Sagt er "es brennt etwas heisser, bitte nicht so heizen" und der Kunde kommt nach nem Jahr mit verbrannten Ventilen oder völlig verdengelten Ventilsitzen, dann heisst es "ich hab Ihnen doch gesagt nicht so schnell!!1". Auf die Idee "Umrüster hat Mist gebaut" kommt der Kunde mangels Fachkenntnis nicht.

Mir ist keine Messung bei korrektem Lambda bekannt, bei der LPG heißer verbrennt wie Benzin. Das heisst nicht, dass es die nicht geben kann - aber bisher war JEDE Quelle der Ansicht, wenns Lambda passt, dann passt auch die Temperatur. Die Flammtemperaturen sind eben sehr identisch.

Davon ab sind z.B. Abgasthermometer erfunden worden, kosten 80-150 Euro in der Bucht. Seit Euro 4 mit Breitband-sowie Sprungsonde lassen sich die Wagen zudem einfacher abstimmen - die Fuel Trim Werte per OBD ausgelesen und gut ist, Breitband-Lambdas (sofern verbaut) funktionieren auch im Volllastbereich. Wenns der Umrüster nicht macht, Scangauge II kostet mit 150 Euro nicht die Welt und dann wird der eben so lange getreten, bis die Fuel Trims passen und die Arbeit sauber abgeschlossen ist.

Bei Alkohol würd ich das ähnlich halten - Fuel Trims beobachten, wenns Lambda stimmt dann ist alles im Lot. Das Thema steht übrigens im nächsten Frühling an, dann kommt in meinen Dicken Exx als Startbenzin. Und vorher werde ich GANZ sicher Scangauge II haben um die Fuel Trims im Auge zu haben und nicht ungewollt meine (sequenzielle) Gasanlage mit zu verstellen. Umschaltbare Kennfelder für Normalbenzin, Gas und Ethanol (eigene Fuel Trim Werte, z.B. Drehzahllimit bei Alkohol wenn die Einspritzdauer ohne neue Düsen/Druckregler nicht reicht) gibts leider nicht.

[mozartschwarz]

Irgendwie weiß ich immernoch nicht warum E85 kältere Brennraum- und Abgastemps verursacht!? Kann mal einer Zusammenfassen? Das es kälter ist und der Wagen länger braucht um warm zu werden ist für mich erwiesen. Meine Messgeräte sagen mir das so. Alles bei Lambda1.

Garys Aussage zu den Messgeräten kann ich nur Unterstreichen.😉

[GaryK]

Ich zitiere mich mal selbst:

"Ein Mol Alkohol (also auf Teilchen, nicht Masse normiert) hat 1366 kJ/mol.
Ein Mol Ethan (also das durch Sauerstoff ungestörte) bringt satte 1560 kJ/mol."

Ethan ist C2H6 und als Kohlenwasserstoff normalem Otto- und Dieselkraftstoff ähnlich.
Alkohol ist C2H5OH, also C2H6O, hat formal nur ein Sauerstoffatom mehr als Ethan. Aber dort fehlt dir durch den bereits eingeführten Sauerstoff 14% Energie je verbranntem Teilchen, da es chemisch gesehen bereits "angekokelt" in den Motor kommt.

Das senkt die Temperatur ab, denn die Temperatur bei lambda=1 ist nichts anderes als Energie geteilt durch (Wärmekapazität mal Masse). Die Energie je verbranntem Teilchen ist geringer, dafür ist die zum Verbrennen erforderliche Luftmasse auch _etwas_ geringer, aber keine 14%. Damit sinkt die Abgastemperatur bei vollständiger Verbrennung unvermeidbar ab.

[mozartschwarz]

Also nur wegen dem Energiegehalt!? Weshalb steigt aber die Leistung? Denk mal Saturn hats auf dem Prüfstand gemessen!? Ausserdem rennt meiner die Berge besser hoch als mit Super.

[GaryK]

Vielleicht hast du bei deinem Düsenumbau auch unbemerkt die Vollgasanfettung etwas optimiert. Das Leistungsmaximum liegt irgendwo bei 0.82 (hiess es mal), bis Lambda=1.05 steigt die Abgastemperatur deutlich an und die Leistung nebst Verbrauch sinkt. Wer sagt, dass dein Wagen unter Super auf Leistungsmaximum abgestimmt war?

Davon ab kannst du einen Motor mit Ethanol effektiv höher verdichten (gerade bei Turbos leicht möglich), also mehr Kraftstoff/Luft reinpacken ohne dass es bereits beim Verdichten anfängt zu klopfen.

[mozartschwarz]

Vergiss mal die Düse da unten! Die war die geringsten Kilometer verbaut und fliegt bald wieder raus. Was ich schreib bezieht sich auf meinen org. Zustand! Nur den Kaltstartwid verbaut. Selbst völlig abgemagert hatte ich keine Probleme mit den Temps. Meine Sprunglamda hat bei bestimmten Einstellungen des Wids nichtmehr Angezeigt aber keinen Fehler ausgelöst! Wohl ein Programmfehler im STG? Er macht das bei hoher vorgegaukelter Wassertemp. im nichtvolllastbetrieb mit org. Düse unter E85. Dreht praktisch völlig durch die Regelung aber fährt einwandfrei. Selbst die Schubabschaltung funkt. dann nicht. Die Abgastemp ist etwa 20-50°C höher als im Normalbetrieb aber immernoch unter der von Super. Leistung war subjektiv höher als im normalbetrieb unter E85.

Das ganze Spiel geht auch fett. Also kalte Wassertemp. vorgegaukelt und dadurch angefettet. Bringt niedrigste Abgastemps bei nem Horrorverbrauch und einer etwas höheren Vmax.

[GaryK]

Also, da hast du dein Stellglied. Bei kaltem Motor machen die modernen Steuergeräte keine Schubabschaltung um den Motor nebst Kat warm zu bekommen, die Lambdaregelung dürfte zudem "aus" sein weil er einen kalten und damit funktionsunfähigen Kat vermutet. Wahrscheinlich ist er sogar in der Kaltlaufregelung (durch Sekundärluft abgemagert und damit heisser), worauf deine höhere Abgastemperatur klar hindeutet. Die Lambdaregelung ist nicht aktiv und der Kat sowieso funktionsunfähig.

Hätte nicht gedacht, dass der nur anhand der Motortemperatur entscheidet, in welchem Zustand er gerade ist.

[Papstpower]

Die Kühlwassertemp. sollte ansich auch als größter Richtwert reichen. Warmer Motor und eiskalte Aussentemp. würden einen Betriebswarmen Motor nur gering beeinflussen. Mozart hat zwar noch einen Kühlwasserdurchströmten Ansaugkrümmer (den ich etwa nicht mehr hab), nur eine unterdruckgesteuerte Klappe für Warmluftansaugung. Der Luftdurchsatz wird auch über Unterdruck als Regelgrösse genommen. Was aber auch nur der Lastzustand ist. Die Temp. ansich ist nur über das Kühlwasser möglich.

[Spannungsprüfer13299]

Zitat:

Die Energie je verbranntem Teilchen ist geringer, dafür ist die zum Verbrennen erforderliche Luftmasse auch _etwas_ geringer, aber keine 14%.

....äh GaryK: es sind ziemlich genau 14% weniger Luftmasse (14,2%). Rechne mal nach 😉.

Gruß SRAM

[mozartschwarz]

Zitat:

Original geschrieben von GaryK

Also, da hast du dein Stellglied. Bei kaltem Motor machen die modernen Steuergeräte keine Schubabschaltung um den Motor nebst Kat warm zu bekommen, die Lambdaregelung dürfte zudem "aus" sein weil er einen kalten und damit funktionsunfähigen Kat vermutet. Wahrscheinlich ist er sogar in der Kaltlaufregelung (durch Sekundärluft abgemagert und damit heisser), worauf deine höhere Abgastemperatur klar hindeutet. Die Lambdaregelung ist nicht aktiv und der Kat sowieso funktionsunfähig.

Hätte nicht gedacht, dass der nur anhand der Motortemperatur entscheidet, in welchem Zustand er gerade ist.

Er magert aber bei vorgegaukeltem heiß ab und bei kalt wird er fett. Bei heiß abzumagern ist für mich einfach nur unlogisch, deshalb vermute ich nen Programmfehler. Ist nur in einem ganz schmalen Tempbereich zu erreichen. Schätze so 2-3°C irgendwo über 95°C. Müsste das Poti mal ausmessen. Bin halt zu Testzwecken etwa 15-20tkm so rumgefahren. Meinen Ventilen hats nicht geschadet und auch sonst war nichts am Kopf festzustellen. Das ne ZKD bei 166000km mal kaputt geht halt ich für normal. War auch nicht verbrannt.

[GaryK]

@Sram

mein Rechenprogramm für Flammtemperaturen spuckt etwa 75 Grad kälter bei Alkohol aus, das sind 3% Prozent bei fast 2000°C Flammtemperatur. Es muss an den Stoffdaten hängen, also Energie, und/oder Wärmekapazität. Groß ist der Unterschied nicht. Auch die Verdampfungswärme des Alkohols wird eine Rolle spielen. 22.5 kJ/mol bei Butan und 42 kJ/mol bei Alkohol. Angesichts der Brennwertdifferenz von 1366 kJ/mol bei Alkohol und 2880 kJ/mol bei Butan ist der eigentlich geringe und zumindest bei LPG fast vernachlässigbare Kühleffekt vier mal stärker. Wahrscheinlich eine Kombination aller Effekte...

@Mozart
Bei heiß abzumagern ist logisch. Dampfdruck höher, es kondensiert weniger an Zylinderwänden, die Luft wird zäher und weniger dicht, was weniger Kraftstoff für Lambda=1 erfordert. Für mich passt das perfekt ins Bild.

[saturn78]

Zitat:

mein Rechenprogramm für Flammtemperaturen spuckt etwa 75 Grad kälter bei Alkohol aus, das sind 3% Prozent bei fast 2000°C Flammtemperatur. Es muss an den Stoffdaten hängen, also Energie, und/oder Wärmekapazität. Groß ist der Unterschied nicht. Auch die Verdampfungswärme des Alkohols wird eine Rolle spielen. 22.5 kJ/mol bei Butan und 42 kJ/mol bei Alkohol.

Ja, klar ist die Energie geringer. Aber ich spritz ja auch mehr ein.

Was sagt denn Dein Rechenprogramm, wenn 30% mehr E85 eingespritzt werden als Benzin?

[Spannungsprüfer13299]

Nachfolgend mal ein paar Werte für Hexan (Benzin) und Ethanol bei einem Motor mit (unter Berücksichtigung der Ventilsteuerzeiten) einer geometrischen Verdichtung (tatsächlicher Endwert im Simulator ist natürlich wegen der Erwärmung des Gases höher, aber da keiner an seinem Motor die geometrische Verdichtung anpaßt bleibt diese gleich !) von 8 und einer Umgebungstemperatur von 20 Grad bei einem bar Umgebungsdruck und Lambda gleich eins.

Dabei kann man immer drei (Grenz-)Fälle der Gemischaufarbeitung betrachten:

a) Luft und flüssiger Kraftstoff werden außerhalb des Brennraumes gemischt und der Kraftstoff verdampft ohne Wärmezufuhr vor Eintritt in den Brennraum völlig. Das Gemisch kühlt sich daher ab, die geometrische Füllung und damit die Endleistung des Motors wird höher. Dieser Fall ist bei Benzin machbar, Ethanol führt zu einer viel stärkeren Abkühlung, die praktisch wegen Vereisung nicht beherrschbar wäre.

b) der Kraftstoff wird zwar wie bei a) flüssig zugegeben, das Ansaugsystem wird aber so beheizt, daß das Gemisch vollständig verdampft, aber mit Umgebungstemperatur von 20 Grad in den Brennraum eintritt. Dieser Fall tritt bei langen Ansaugwegen und Ansaugluftvorwärmung / Krümmerbeheizung ein.

c) der Kraftstoff wird als feinverteilter Nebel direkt vor das Ansaugventil bzw, direkt in den Brennraum eingespritzt (Saugrohreinspritzung Sportmotor oder Direkteinspritzer), wobei Luft und Krafstoffaerosol während des Verdichtungshubes verdampfen und so das Gemisch eine geringere Verdichtungsendtemperatur aufweist. Dieser Fall erhöht zwar die Füllung nicht so stark wie Fall a), verringert aber die Verdichtungsarbeit, erhöht den Wirkungsgrad und hält den Motor dabei kühler.

Im Falle von Benzin sind die Fälle nur wenig unterschiedlich:
a) 2330°C
b) 2366°C
c) 2352°C

Bei Ethanol macht sichaber die größere Menge und Verdampfungsenthalpie stark bemerkbar:
a) 2164°C
b) 2311°C
c) 2254°C

In Realita landet man bei beiden Kraftstoffen irgendwo (je nach Last und Art/Ort der Gemischaufarbeitung) zwischen b) und c).

Gruß SRAM

[saturn78]

Also zwischen 55 Grad und 100 Grad kühler?

Is mal ne klare Aussage!
Danke!🙂