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Ethanol Alkohol ohne Umbau fahren ?
Hallo,
ich habe hier im Forum gelesen, dass man statt Normalbenzin auch Alkohol tanken kann...
Kann ich in meinem E34 525i 24V auch einfach Ethanol tanken, ohne negative Folgen befürchten zu müssen?
Was sagen Eure Erfahrungen?
Welches Verhältnis verträgt mein Motor ohne Probleme?
Danke für Eure Antworten!
Mit freundlichen Grüßen
JO!
Beste Antwort im Thema
Na wenn ich so nett gefragt werd’ ;)
Die größten Erfahrungen mit Ethanol hat man heute in Brasilien. Dort hat man aber lange Zeit auch nur einen Kraftstoff gehabt, der „Gasohol“ heißt, und eine E22 Mischung ist, also 22% Ethanol. Die Fahrzeuge und Motoren dafür sind Standardware. Erst relativ kurz traut man sich mit entsprechender Hardware auch an E85 und sogar E100 (mit Startbenzin) heran. In einigen asiatischen Ländern, wie Thailand, geht man im Moment auf E20 über. Auch das können die meisten Fahrzeuge bis auf ein paar Änderungen in der Motorsteuerung problemlos. E85 ist seit Jahren schon in USA recht verbreitet (und in Europa halt seit Ende der 90er in Schweden). In Amerika kommt man meist mit geringen Änderungen am Ventiltrieb und Kraftstoffsystem aus. Hauptgrund ist die geringe spezifische Belastung der Motoren.
Eines der Hauptprobleme bei höherer Ethanolkonzentration ist die Abgastemperatur. Diese sieht man aber im Kühlwasser oder Öl kaum wieder, weil ja die Energiebilanz des Motors nahezu unangetastet bleibt, die Anteile, die im Öl oder Kühlmittel landen, ändern sich also fast nicht, ebensowenig der Anteil „Nutz“-Energie auf der Kurbelwelle. Einziger Unterschied ist (ähnlich wie bei CNG-/LPG-Motoren, daß das Abgas eine geringere Wärmekapazität hat. Es muß daher, um die gleiche Wärmemenge wie im Benzinbetrieb abzuführen, ein höheres Temperaturniveau einnehmen. Dies führt oft im Vollastbereich zu Problemen am Ventiltrieb, sprich Ventilspielverlust am Auslassventil. Maßgeblich dafür ist in erster Linie die Ventiltriebskonstruktion. Vielfach liest man (auch bei LPG- oder GNG-Anwendungen) von „zu weichen“ Ventilsitzen, das ist aber eigentlich falsch. Entscheidend ist, wie gut der Wärmeübergang an den Zylinderkopf funktioniert und wieviel Ventilspielverlust ein Motor verkraften kann, bevor die Ventile Schaden nehmen. Bei direkt betätigten Tassenstößeltrieben (wie z.B. in einigen Ford-Motoren) ist schon 0.1mm Ventileinschlag kritisch. Rollenschlepphebeltriebe in Verbindung mit hydraulischem Ventilspielausgleich vertragen u.U. bis zu 1mm Einschlag ohne Probleme. Die Leute glauben dann immer, diese Motoren wären für Gas, Ethanol oder was auch immer besser geeignet, weil sie härtere Ventile/Ventilsitze hätten, das ist aber Unsinn.
Ein weiteres Problem ist das Kraftstoffsystem. Es gibt Kunststoffe, die von Ethanol angegriffen werden (es werden Weichmacher herausgelöst und das Zeug wird spröde), andere nicht oder weniger. Was man machen kann, ist sich vom Händler ein paar für sein Fahrzeug passende Dichtungen und Kraftstoffleitungen zu besorgen und ein halbes Jahr oder so in Spiritus einlegen. Was bis dahin hält, hält wahrscheinlich auch länger. Kunststofftanks sind wahrscheinlich kein Problem. Kraftstoffpumpen leiden gern an Elektrolytkorrosion. Ethanol ist ganz gut leitfähig, das heißt die Plus- und Minus-Pole der im Tank „nass“ verbauten Pumpe wirken wie ein galvanisches Element, und Material wird am einen Pol abgelöst und am anderen angepappt. FFV’s umgehen das meist mit einem extra verbauten Wechselrichter und einer wechselstromgetriebenen Pumpe. An der Einspritzleiste kann es zu Korrosionsproblemen kommen, wenn diese aus Aluminium ist, dies kann zu verstopften Düsen führen. Kunststoff- oder Edelstahlrails haben dieses Problem nicht.
Ein weiteres Problem bei Ethanol ist das Öl. Durch die höhere Kraftstoffmenge (bei E85 über 30% Mehrmenge) ist natürlich bei jedem Kaltstart (und auch ein Start im Sommer bei 30°C ist ein Kaltstart) die an der Zylinderwand kondensierende Kraftstoffmenge größer, und damit die Menge, die ins Öl gelangt. Dadurch wird die Viskosität herabgesetzt und es leiden „die üblichen Verdächtigen“ abrasiven Verschleißes darunter, wie Kolbenhemd, Kurbelwellenhaupt- und Pleuellager. Dieser Effekt ist meist zeitlich begrenzt. Alkohol verdampft bei 78°C und somit verflüchtigt er sich auch wieder aus dem Öl, wenn dieses auf Betriebstemperatur kommt (und wird der Ansaugluft über die Kurbelgehäuseentlüftung wieder zugeführt). Aber das Problem besteht bei jedem Start. Hier hilft ein etwas besseres Öl. Die Ford FFV verwenden z.B. statt des Standard 5W-30 ein 5W-40 Vollsynthetiköl. Ebenfalls wird auf die Dauer das Öl in seinen chemischen Eigenschaften eher verschleißen, weswegen FFV’s kürzere Wechselintervalle haben. Sollte man vielleicht beim Experimentieren im Standardfahrzeug beachten. Durchgebrannte Zylinderkopfdichtungen oder Kolbenböden sind eher kein ethanolspezifisches Problem. Dies sind meist Glühzündungs- oder Klopfschäden, darunter leiden Ethanolmotoren kaum.
Die größte Änderung bei FFV-Fahrzeugen ist immer die Motorsteuerung, d.h. die Einspritzmenge richtig zu dosieren, und die Zündung anzupassen. (die Abgastemperatur ist stark von der Zündung abhängig, richtig geregelt werden hier Schäden vermieden, das kann natürlich kein Standardfahrzeug). Vielfach gibt es für horrende Summen sognannte Ethanolumrüstkits. Ich halte das aber für plumpe Abzocke. Es sind einfache Steuergeräte, die die Einspritzmenge erhöhen. Den größten Teil der benötigten Einspritzmengenanpassung regelt aber JEDES Steuergerät über die Lambdaregelung völlig automatisch. Probleme gibt’s nur im Vollastbetrieb, wo die Lambdaregelung meist übergangen wird und das Steuergerät sich etwas hochrechnet. Aber hier kann auch ein Zusatzkit nicht mehr auf ein Lambdasignal zurückgreifen, es spinnt sich also genauso irgendwas zurecht. Vielleicht macht es das etwas genauer als das Originalsteuergerät, und vielleicht erlaubt es auch Vollastmengen, die das Originalgerät schlichtweg nicht kennt, mehr aber auch nicht. Entscheidend ist, daß es – genau wie ein „normales“ (also Nicht-FFV) Steuergerät die Einspritzmenge über eine längere Einspritzzeit korrigiert. Dies kann u.U. zu höherem Verschleiß führen, wenn man zu Zeiten innerhalb der Ventilsteuerzeit einspritzt, wo dies eigentlich nicht vorgesehen ist (und schaden kann, wenn die Einspritzdüse durchs offene Ventil direkt auf die Kolbenwand pinkelt). Echte FFV’s haben größere Einspritzdüsen, die einen höheren Durchfluß haben. Dies beinhaltet aber kein Umrüstkit.
Zusammengefaßt gesagt, kann man mit den meisten Fahrzeugen (natürlich nur Benziner;) ) etwas um E20 relativ problemlos fahren. Höhere Konzentrationen macht der Motor funktionell meist auch klaglos mit, je nachdem welche Einspritzmenge das Steuergerät bewerkstelligen kann. Was man nicht direkt sieht, ist natürlich der Verschleiß. Ich lese hier öfters „Ich hab E85 probiert und es funktioniert einfach – völlig problemlos“. Aber das sind wohl genau die Leute, die dann bei einem Ventilschaden nach 80Tkm am lautesten jammern. Den Verschleiß kann man natürlich mit einer defensiven Fahrweise entsprechend in Grenzen halten (den eventuellen am Kraftstoffsystem natürlich nicht!). Wer sich also dauerhaft dieser FSK unterziehen kann, kann auch längerfristig Spaß am Schnaps haben. Leider bietet Ethanol etwas mehr Leistung, eine höhere Klopffestigkeit und einen ruhigeren Motorlauf. Das verführt manche… Wer glaubt, er könne Ethanol nutzen, um bessere Fahrleistungen zu erzielen wird dabei sehr viel Spaß haben, aber leider zeitlich begrenzt, und dann wird’s meist teuer. (Im Motorsport ist aber genau das der Grund, aber da kommt's auf Hatbarkeit auch nicht so lange an).
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338 Antworten
Harrrgh,
Mennö, wie issn det jetzte. Heiß odärrr kalt, welches Schweinderl hättens denn gern... :)
Oder anders gesprochen, wo liegt der Denkfehler bzw. das Erkenntnisloch im Bezug auf dei Temperaturentwicklung beim Verbrennungsvorgang? Wenn die Rechnung unseres schwedischen Kollegen stimmt (siehe den Link von Bert auf das schwedische E85-Forum), wird bei der Verbrennung von Ethanol quasi dieselbe Energiemenge freigesetzt?!
Salopp gesprochen "wandert" ein Teil der Energie auf die Kurbelwelle und sorgt für Vortrieb, ein zweiter wird dem Zylinder durch die Motorkühlung entzogen und der dritte "verflüchtigt" sich durch den Auspuff. Die Energiemengen, die durch die Motorkühlung "abgenommen wird bleibt konstant. Auch die Menge, die in Vortrieb umgesetzt wird bleibt gleich, sofern die Verbrennung entsprechend eingeleitet wird. Ergo dürfte auch die durch den Auspuff abzuführende Menge gleich bleiben?
Wenn ich XLTRanger richtig verstanden habe, dann können die saubereren Abgase nicht soviel Energie in ihren Molekülen "verstecken" und werden dadurch heißer, mal so gaaanz lax gesprochen... ;), weshalb wir es dann doch mit heißeren Abgasen zu tun bekommen (+50°-100°)?!
Ich muß mich ja als thermodynamischer Dummie outen. Wie geht das jetzt alles zusammen? Um wieviel Grad/Kelvin wird so ein Zylinder eigentlich im Ausaugtakt heruntergekühlt und wieviel bleibt von dem größeren Kühlungseffekt des E85 übrig bevor die Verbrennung für eine erneute "Klimaerwärmung" :) sorgt. Mag da nicht einer von unseren "einschlägig Vorbelasteten" mal so einen groben Keil der Erleuchtung in den Klotz der Unwissenheit treiben? :)
Mir scheint es zwar, als wären im großen Ganzen alle nötigen Informatioinen vorhanden und schwirren im Kopf herum. Allein ein sinnfälliges Bild des Ganzen will sich bei mir nicht so recht einstellen...
um Erkenntnis ringende Grüße
Martin
STOP....
Das ist ganz gefährlich, was im schwedischen Forum gerechnet wurde... Denn auch bei LPG sieht es recht "ähnlich" aus, geringerer Energiewert (pro Liter), daher "Mehr-Einspritzung". Aber.... Gas hat eindeutig höhere Abgastemperaturen (~200°C).
Normalerweise wird das nicht flüssig eingespritzt... ok, damit fehlt die Verdampfungsenergie, aber auch die Flüssigeinspritzer sind da nicht zimperlich mit der Abgastemperatur....
Man kann nicht so einfach von der höheren Verdampfungswärme des E85 auf einen "Intercooler" schließen...
Ich würde das einfach mal energetisch betrachten....
Die abgegebene Energie-Menge über Kurbelwelle und Kühlkreislauf betrachen wir am besten genauso hoch, wie bei Benzin - wir sind damit auf der sicheren Seite. Die Abgastemperatur ist abhängig von der Anzahl der Teilchen, die im Abgas vorhanden, der Einlasstemperatur und der "Verdampfungssenergie" des Sprits.
Über Lambda=1 sind wir uns völlig im klaren. Damit bekommen wir für eine bestimmte Luftmenge, die "verbrannt" wird, die zugehörige Exx-Menge und damit auch deren Energie.
Die Teilchenmenge im Abgas ist bei Lambda=1 bei Benzin, Gas und Exx gleich...
Also sind es nur noch Verbrennungsenergie (Heizwert) und Verdampfungsenergie.
Bei der Verdampfungsenergie ist es völlig irrelevant, ob das Zeugs vorher oder im Zylinder verdampft. Die Energie wird entzogen. Einmal der Luft im Ansaugtrakt, einmal der "Luft" im Zylinder.
Ob Sauger oder Einspritzer ist also wurscht... Es ist nicht ganz richtig, aber sollte hier völlig ausreichen. Der Einspritzer hat einen kleinen Vorteil - ich rechne aber WORST-CASE... Also fällt das unter den Tisch.
Energetisch betrachtet ist es irrelevant, wie hoch die Momentan-Temperatur ist. Man braucht immer die gleiche Energiemenge, um eine bestimmte Teilchenmenge um eine bestimmte Temperatur-DIFFERENZ zu erhöhen/erniedrigen - von Unregelmässigkeiten, den Phasenübergängen etc. mal abgesehen...
Massenverhältnisse bei Lambda =1 (Luft:"Sprit"):
Benzin 14,7
Alk: 9,76
-->Alk/Benzin = 1,50...
Heizwerte/Brennwerte? Wenn man in die Definition sieht, dann erkennt man, dass im Heizwert, die Energie des Abgases als Verlust schon enthalten ist, der Brennwert die Energie der "Rohmasse" ist.
Daten aus wiki (hoffe sie stimmen...)
Benzin: HW 47; BW 43,6
Alk: HW 29,7; BW 26,8
Jeweils in MJ/kg
Brennwert bei 14,7kg Luft:
Benzin: 47MJ
Alk: 29,7*1,5= 44,55MJ
--> kühler??
Heizwert bei 14,7kg Luft:
Benzin: 43,6MJ
Alk: 26,8*1,5= 40,2MJ
--> nochmal kühler???
Ich sehe hier einen Denkfehler... in der "kühler"-Rechnung.
Die Differenz zwischen Heizwert und Brennwert ist die Energie des "Abgases" - diesem ziehen wir ja im Verbrenner keine weitere Energie ab...
"Differenzrechnung" pro 14,7kg Luft(!):
Benzin: 47-43,6 = 3,7MJ
Alk: (29,7-26,8)*1,5 = 4,35 MJ
Das sieht gar nicht nach kühler aus, sondern um ~18% wärmer... bei 700°C wären das 125°C...
--> Gefährliche Kiste....
Verdampfungswärme? Peanuts... wirklich Peanuts...
Wie war das im Schweden-Forum?
Benzin: 150 BTU/gal Alk: 359BTU/gal...
und die Heizwerte...
Benzin 125.000 BTU/gal; Alk: 84.000 BTU/gal
Da kann man rechnen, wie man will... Es ist zwar ein Faktor von 2,x... aber... es ist im Verhältnis zum Heizwert nur 0,1% bzw. 0,4%...
Immer wieder diese Milchmädchen-Verdamfungs-Kühlungs-Rechnung... Man kann sie irgendwie nicht ausrotten - weil es hört sich ja so logisch an... nur sind die einspritzten Mengen im µl-Bereich...
Luft hat eine Dichte von 1,184 kg/m³. In einem 500ml-Zylinder passen also 0,592g(!) Luft, dazu an Alk: 0,592g/9,7= 61mg bzw. 0,061/0,7894= 0,077cm³ = 0,077ml = 77µl.
Da kühlt gar nix...
Wird das Abgas durch das "Mehr" an Leistung kühler? Prinzipiell ja, aber auch hier muss man sich mal die Verhältnsse klar machen. Ein Mehr von 10% Mehrleistung sind bei einem Wirkungsgrad von 16-20% gerade mal 2% der Energiemenge...
moin, vielen Dank für deine ausgezeichnete Berechnung. mir kam die schwedische Berechnung auch sehr merkwürdig vor, zumal darin dann noch die Rede war vom "Abklemmen meines Ladeluftkühlers".
leider bin ich in dieser Art Berechnungen nicht direkt beheimatet, ich kann sie aber nachvollziehen.
ich werde deine Kalkulation mal übersetzen (soweit ich kann) und ins schwedische Forum stellen, auch als Diskussionsanregung.
Daaankee Fubbel,
liest man sich Deine Rechnung durch könnte man sich zwar fragen, warum man da nicht auch selbst drauf gekommen ist... ;) aber anyway, dieses Puzzel ist jetzt zusammengesetzt.
Horizont erweiterte Grüße
Martin
Moin,
ein kleiner Fehler ist aber noch drin: Im Heizwert ist nur die Verdampfungsenthalpie des gasförmigen Wassers im Abgas enthalten - und beide sind darauf bezogen, dass die Abgase wie die Anfangsprodukte bei 25°C vorliegen. Alle sonstigen Faktoren sind da nicht mit drin!
Praktisch würde ich anders an die Sache herangehen...
Angenommen, der Wirkungsgrad und der Anteil, den die Motorkühlung abführt, bleiben gleich. Dann bleibt bei gleicher mechanischer Leistung auch die zuzuführende chemische Leistung (da würde ich vereinfachenderweise den Heizwert nehmen) und die abzuführende Auspuffwärme gleich.
Beziehen wir das ganze mal auf 1kg Benzin. Dann haben wir eine Energie von 43.6MJ, von der ein bestimmter Anteil x auf die Abgase geht. Diese Abgase bestehen aus 14.7kg Luft und 1kg Benzin bzw. den entsprechenden Verbrennungsprodukten. Insgesamt:
Ca. 76 mass. %*14.7kg = 11.17kgStickstoff
2360g/l*1kg, also 2.360kg/l/(0.75kg/l)*1kg = 3.15kg CO2
CO2 hat eine mol. Masse von 44g, davon 32g Sauerstoff. Es sind also im CO2 3.15kg/44*32 = 2.29kg Sauerstoff gebunden. Der Rest (14.7kg -11.17kg - 2.29kg = 1.24kg) dürfte in Wasser zum Auspuff hinausjagen - jeweils mit zwei Wasserstoffatomen pro Sauerstoffatom, also 18/16*1.24kg = 1.40kg H2O.
Sonstige Verbrennungsprodukte, übrige Bestandteile der Luft etc. mal komplett außen vor gelassen.
Die Abgase von 1kg Benzin haben also eine Wärmekapazität von 11.17kg * 1.04kJ/(kg*K) + 3.15kg * 0.846kJ/(kg*K) + 1.40kg * 1.85kJ/(kg*K) = 16.87kJ/K (bei 25°C, bei höheren Temperaturen steigt die Wärmekapazität tendenziell an - aber da es hier nur um einen Vergleich Benzin - Ethanol geht, können wir das außen vor lassen)
Der Temperaturanstieg beträgt also x*43600kJ/kg/(16.87kJ/(kg*K)) = 2585*x K (Nebenanmerkung: So richtig, richtig viel Abwärme kann also nicht auf die Abgase gehen...)
Das gleiche mit Ethanol: 1kg Ethanol liefert 26.8MJ, von der wieder unser Anteil x auf die Abgase gehen soll. Die Abgase bestehen aus 9.76kg Luft und 1kg Ethanol bzw. entsprechenden Verbrennungsprodukten:
7.42kg Stickstoff
Ethanol reagiert nach C2H5OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O also kommen auf 1mol Ethanol 2mol CO2 und 3mol H2O.
Mit 46g/mol haben wir in 1kg Ethanol 21.74mol -> 1.91kg CO2 und 1.17kg H2O. Kontrolle: Wir brauchen 3mol Sauerstoff pro mol Ethanol -> 2.1kg. Zusammen mit den 7.42kg Stickstoff nahe genug dran an den 9.76kg Luft (andere Bestandteile als Sauerstoff und Stickstoff hatten wir ja vernachlässigt)
Wärmekapazität wie oben: 7.42kg * 1.04kJ/(kg*K) + 1.91kg * 0.846kJ/(kg*K) + 1.17kg * 1.85kJ/(kg*K) = 11.50kJ/K
Temperaturanstieg auf Ethanol also: x*26800kJ/kg/(11.50kJ/(kg*K)) = 2330*x K - ganz leicht kühler. Die Verdampfungsenthalpie dürfte hier schon im Heizwert mit eingerechnet sein - der gilt ja schließlich für flüssige Brennstoffe.
Wenn man das ganze jetzt auf die 43.6MJ von einem kg Benzin umrechnet, ändert sich am Temperaturanstieg nichts, die Menge des Abgases steigt ja entsprechend mit. Lediglich durch evtl. höhere Flammtemperaturen könnte sich der Anteil x, der an die Abgase übergeben wird, erhöhen. Und wie das bei der Volllastanreicherung aussieht, mag ich nicht berechnen - zumal ich keinerlei Ahnung habe, wieviel CO dabei produziert wird etc.
MfG, HeRo
edit: Noch eine Nebenanmerkung: Im Benzin-Fall bin ich von Luft nur aus Sauerstoff und Stickstoff ausgegangen - im Ethanol-Fall "fehlen" noch ca. 0.2kg Luft, die ebenfalls Wärme aufnehmen.
Alle Zahlen aus wikipedia bzw. bei den Luft/Kraftstoff-Verhältnissen aus Fubbels Beitrag.
Hast dir viel Mühe gemacht, nochmal im Detail mit den Zahlen zu rechnen... Aber irgendwie stören mich die 200g und auch die unerklärlichen Werte meiner Vergleiche bei Heizwert/Brennwert und "Differenzrechnung"...
Im großen und ganzen stimme ich deiner Rechnung zu... hatte es vorher ja auch schon als Vergleich:
Heizwert bei 14,7kg Luft:
Benzin: 43,6MJ
Alk: 26,8*1,5= 40,2MJ
-->kühler?
Falls sich jemand über die 76% N2 wundert... Volumen% sind 78%, Masse nur 76%... Hier wird mit Massen gerechnet.
Aber trotzdem stimme ich der Rechnung nicht ganz zu...
Im Ergebnis hast du 2585*x K bzw. 2330*x K errechnet. Das x ist im Prinzip nix anderes als der (1-)Wirkungsgrad. Das würde heißen, das Ethanol weniger Energie an das System Mechanik/Kühlung abgibt...
Andersrum sollte es aber Vorraussetzung sein, das es gleich ist.
So bleibt der wirkungsgad zwischen Benziner und Alki gleich... Ist aber auch akzeptabel - wir brauchen ja eigentlich nur einen "Überblick" eine Richtung...
Be gleicher "Nutz-Leistung" müsste also eine Differenzrechnung gemacht werden. Würde aber nix am Ergebnis ändern, Benzin wäre immer noch heißer...
Mir gefällt nicht, dass die "Restenergie" zwischen Brennwert und Heizwert, mit dem gerechnet wurde, unter den Tisch fällt. Diese müsste auf das Ergebnis aufgeschlagen werden. Und da schein der Hase im Pfeffer zu sitzen...
Statt der Rechnung Heizwert/Wärmekapazität einfach Brennwert/Wärmekapazität zu rechnen... ich weiß nicht so recht...
Es bleibt ein Mysterium... Kann nicht mal jemand einfach nachmessen????
Wie hoch die Verbrennungstemperatur (Scheitelpunkt) ist, ist eigentlich egal, da die Energie sich bis zum "Auswurf" gleichmässig im Abgas verteilt haben sollte.
Den Alk-Luft-Verhältniswert hatte ich aus dem Schwedenforum mal einfach übernommen - ohne nachzurechnen... Das hatte ich früher schon mal gemacht, die Größenordnung war mir auch so in Erinnerung...
Aber das können wir ja schnell nachholen:
1 mol Ethanol benötigt 3 mol Sauerstoff. 46:96, bei 23,135 Massenprozent O2 inLuft sind das 96/46* 1/0,23135 = 9,02... Upssssss... Da sind wohl auch Berts "verlorene" 200g...
Damit nochmal zurück...
Benzin/Alk = 14,7/9,02 = 1,63
Brennwert bei 14,7kg Luft:
Benzin: 47MJ
Alk: 29,7*1,63= 48,41MJ
--> heisser??
Heizwert bei 14,7kg Luft:
Benzin: 43,6MJ
Alk: 26,8*1,63= 43,7MJ
--> Fast gleich
"Differenzrechnung" pro 14,7kg Luft(!):
Benzin: 47-43,6 = 3,4MJ (3,7 war ein Tippfehler...)
Alk: (29,7-26,8)*1,63 = 4,72 MJ
Die jetzt auftauchenden 1,4MJ-Differenz bei den Brennwerten stimmen jetzt auch bei der "Differenzrechnung"... Ich denke, der Schuh passt jetzt (besser)... So hätte es gleich sein müssen... (hier) jetzt keine Widersprüche mehr...
Berts Rechnung mit der Korrektur...
statt 7,42kg N2 nur 9,02*76%= 6,86kg N2, damit nur
6,86kg * 1.04kJ/(kg*K) + 1.91kg * 0.846kJ/(kg*K) + 1.17kg * 1.85kJ/(kg*K) = 10,90kJ/K
und:
x*26800kJ/kg/(10,90kJ/(kg*K)) = 2458*x K
Da wir ja nicht auf 25°C abkühlen, sollte man vielleicht doch die Differenz Brennwert/Heizwert noch draufschlagen, bzw. mit Brennwerten rechnen...
Brennwert:
Benzin 47/16,87 = 2786
Alk: 29,7/10,9 = 2724
Warum jetzt ein anderes Ergebnis, als beim einfachen Brennwertvergleich oben?
Weil hier die tatsächlichen Stoffmengen benutzt wurden. Die werden beim einfachen Vergleich vernachlässigt bzw. als gleich angesehen. Und gleich ist be der Verbrennung nur eines... es wird Luft und "Stoff" verbrannt. Als Abgas entstehen aber andere Verhältnisse CO2:H2O und damit für Alkohol bessere Transportmölichkeiten. Wasser hat ein mehr als doppelt so hohe "Wärmetransportleistung".
Das beruhigt dahingehend, dass zwar mehr Energie freigesetzt wird, aber das Abgas einfach "besser" ist und damit mit dem Motor tatsächlich schonender umgegangen wird.
Etwas weiter gedacht...
Soooo funktioniert eine anständige Wasserkühlung der Verbrennung....
Das führt an eine weitere Idee, die schon öfter "aufkam"... Man fülle etwas Wasser in den Sprit zum Kühlen.
Dass wir die Verdampfungswärme von Sprit vergessen können, hatten wir schon. Wie sieht es jetzt beim Wasser aus? also von 20°C auf 100°C... 80*4,18kJ/kg + 2256kJ/kg (Verdampfung) = 2590kJ/kg = 2,6MJ/kg
...jetzt schütten wir mal 10% Wasser in unseren Alk... das "verringert" also den Heizwert um 2,6MJ/kg*0,10 = 0,26MJ/kg --> geschenkt...
Und im Abgas?
Pro kg Alk kommen hinzu:
100g * 1.85kJ/(kg*K) = 0,18 kJ/K, na ja... nicht mal 2% gegenüber den 10,9 kJ/K - würde ich gerade noch Peanuts zu sagen...
Es ist also ziemlich egal, ob man Wasser in den Sprit kippt...
Aber den Alk zu "verlängern" hat einen anderen Nachteil... Die Einspritzmenge muss um den gleichen Faktor hochgesetzt werden - das ist nicht ratsam, denn das ist ja unser eigentliches Problem...
Irgendwie lässt es mir aber keine Ruhe...
Bert sprach es schon an... die Wärmekapazität ist Temperaturabhängig.
Wir haben also N2, CO2 und H2O, den Rest schenken wir uns mal...
Die Temperatur-Erhöhung von 25°C auf 800°C ist nicht zu vernachlässigen... Dummerweise müsste man das ganze jetzt durch Integation ermitteln. Ich versuchen es mal sinnvoll zu nähern...
N2:
bei 25°C: 1,04 kJ/(kg*K)
ein fast linearer Verlauf, bei 1000K, also 727°C 1,12 kJ/(kg*K)
H2O:
25°C: 1,85 kJ/(kg*K), auch linear mit leichtem Anstieg, bei 1000K 2,28 kJ/(kg*K)
CO2...
25°C: 0,846kJ/(kg*K), bei 1000K 1,24kJ/(kg*K)
Mittelwerte sind in Rahmen der Genauigkeit zulässig...
N2: 1,08; H2O: 2,07; CO2: 1,043
Die Rechnung mit diesen neuen Werten...
Benzin:
11.17kg * 1.12kJ/(kg*K) + 3.15kg * 1,043kJ/(kg*K) + 1.40kg * 2,28kJ/(kg*K) = 19,0kJ/K
x*43600kJ/kg/(19,0kJ/(kg*K)) = 2295*x K
bzw.
x*47000kJ/kg/(19,0kJ/(kg*K)) = 2474*x K
Alk:
6,86kg * 1.12kJ/(kg*K) + 1.91kg * 1,043kJ/(kg*K) + 1.17kg * 2,28kJ/(kg*K) = 12,3kJ/K
x*26800kJ/kg/(12,30kJ/(kg*K)) = 2178*x K
bzw.
x*29700kJ/kg/(12,30kJ/(kg*K)) = 2414*x K
Beruhigende Ergebnisse...
Jetzt fehlt mir nur eine Messung, damit die "letzten Zweifel" beseitigt sind.
Für die "Fett"-Fahrer... CO hat "bessere" Werte als CO2, völlig linearer Verlauf: 25°C 1,04 und 1000K 1,17, Mittelwert 1,1.
Aber berechnen mag ich das nicht...
Mich würde eher MAGER interessieren... aber diese Betrachtung führt an dieser Stelle nicht weiter... Man "transportiert" mit der gleichen Menge "Rohstoff", also gleicher Energiemenge, den gleichem "Abfall" und zusätzliche Luft und trotzdem wird es heißer...
Wahrscheinlich liegt es aber an der vollständigen Verbrennung im Gesamtsystem mit KAT, d.h. im Normalfall wird nicht die gesamte Energie im Motor umgesetzt, im "Mager"-Fall aber schon...
Vergleiche mit "alten Motoren" und Lambda-Kennlinien zeigen eigentlich auch, dass im Abgas im Krümmer normalerweise ~2% CO, etwas HC etc. sind. Müsste man jetzt ausrechnen, wieviel Energie da im KAT landet...
Zitat:
Original geschrieben von Fubbel
Aber trotzdem stimme ich der Rechnung nicht ganz zu...
Im Ergebnis hast du 2585*x K bzw. 2330*x K errechnet. Das x ist im Prinzip nix anderes als der (1-)Wirkungsgrad. Das würde heißen, das Ethanol weniger Energie an das System Mechanik/Kühlung abgibt...
Nein, das heißt nur, dass bei anteilig gleicher vom Abgas aufgenommener Energiemenge die Temperatur weniger stark steigt, da die Wärmekapazität des Alkohol-Abgases höher ist. (Konkret gerechnet habe ich nicht mit gleichen Energiewerten, sondern jeweils mit 1kg Brennstoff - aber wenn man das nun mit dem entsprechenden Faktor multipliziert, um die gleiche abgegebene Energiemenge zu erhalten, erhält man ja auch entsprechend mehr Abgas, das diese Energie aufnehmen kann)
Zitat:
Original geschrieben von Fubbel
Mir gefällt nicht, dass die "Restenergie" zwischen Brennwert und Heizwert, mit dem gerechnet wurde, unter den Tisch fällt. Diese müsste auf das Ergebnis aufgeschlagen werden. Und da schein der Hase im Pfeffer zu sitzen...
Ganz sicher bin ich mir da nicht - aber ich denke, wir können den Heizwert ansetzen, da in den Abgasen das Wasser gasförmig vorliegt. Der Brennwert kommt erst zum Tragen, wenn das Wasser auskondensiert wird, dabei wird die Verdampfungsenthalpie des Wassers als zusätzliche Energie frei.
Zitat:
Original geschrieben von Fubbel
Wie hoch die Verbrennungstemperatur (Scheitelpunkt) ist, ist eigentlich egal, da die Energie sich bis zum "Auswurf" gleichmässig im Abgas verteilt haben sollte.
Es kann nur sein, dass durch höhere Scheiteltemperatur mehr oder weniger Energie an den Wasserkreislauf abgegeben wird (und damit das Abgas nicht mehr heizt) - was wir anfangs ja mal vernachlässigt hatten.
Zitat:
Original geschrieben von Fubbel
Den Alk-Luft-Verhältniswert hatte ich aus dem Schwedenforum mal einfach übernommen - ohne nachzurechnen... Das hatte ich früher schon mal gemacht, die Größenordnung war mir auch so in Erinnerung...
Aber das können wir ja schnell nachholen:
1 mol Ethanol benötigt 3 mol Sauerstoff. 46:96, bei 23,135 Massenprozent O2 inLuft sind das 96/46* 1/0,23135 = 9,02... Upssssss... Da sind wohl auch Berts "verlorene" 200g...
Sowas hatte ich im Verdacht, war nur dann am Ende zu faul, das nachzurechnen :D
Schön, dass wir jetzt im Endergebnis doch zu relativ ähnlichen Werten kommen - die Brennwert/Heizwert-Diskussion ist mir persönlich jetzt relativ egal, zumal sie an den tatsächlichen Verhältnissen nichts entscheidendes ändert :D
MfG, HeRo
P.S: Meine ECU lernt. Jetzt unter E65 ab 1500U/Min Volllastanreicherung, wie unter Benzin.
Tach!
Schon spannend, was ihr hier zusammenrechnet! Um Thermodynamik bin ich zum Glück im BauIng-Studium drumrumgekommen. :D Daher überfordern mich die Rechnungen ein wenig. Trotzdem habe ich mal meine Unterlagen gewälzt und u.a. folgendes gefunden (H. Reinhold, Das Kraftfahrzeug in Formeln und Tabellen, 1966):
Zitat:
Die Motoren bleiben bei Alkoholzusatz kühler, weil die Verdampfungswärme der Alkohole ein Mehrfaches derjenigen der Benzine beträgt (vergl. Wirkung von Kölnisch-Wasser). Obgleich die Alkohole einen geringeren Heizwert besitzen als die Benzine, kann ein Alkoholzusatz zum Kraftstoff leistungssteigernd wirken. Das beruht auf dem geringeren Sauerstoffbedarf des Alkohols und der Erhöhung der Frsichladung infolge seiner Kühlwirkung. Bei knapp 3°C Temperaturerniedrigung des Gemisches im Ansaugkrümmer und Zylinder erhöht sich die Frischladung um etwa 1%.
Und aus Trzebiatowsky, Die Kraftfahrzeuge und ihre Instandhaltung, Bd. I, 1972:
Zitat:
... Für die Leistung des Kraftstoffes im Motor ist nicht so sehr der Heizwert des Kraftstoffes als vielmehr der des brennfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches maßgebend. Dieser Gemischheizwert ist bei allen praktisch verwendeten flüssigen Kraftstoffen fast gleich groß und beträgt etwa 800 kcal/m³. Der theoritische Luftbedarf gibt an, wieviel kg oder Nm³ (Normkubikmeter) Luft zur Verbrennung von 1 kg oder 1 l Kraftstoff notwendig sind. Praktisch gibt man etwa 10% Luftüberschuss, weil sich dann die höchste Wirtschaftlichkeit (geringster Verbrauch) ergibt. Die größte Leistung wird jedoch bei 5-10% Luftmangel erzielt (Sportmotoren).
Nur hätte das gar nicht geholfen, da es erstens um die Temperatur der Auslassventile geht und zweitens viel zu allgemein ist. Auch ist eine Aussage, dass die Abgastemperatur zwischen 700 und 1000°C liegt völlig witzlos... 100°C zuviel sind dummerweise zu viel zuviel...
Leistungssteigerung vom alk und erhöhte Einspritzmenge sind auch bekannt...
3°C oder 1% sind Peanuts, es geht um andere Größen...
Mager und Fett gibt es bei Lambda=1 nicht... 1972 wurde da noch anders gedacht, der KAT kam später...
hm, die Berechnungen werden immer wilder und sind nur noch echt für Fachleute nachvollziehbar ;)
aber ich hab meinem Elch heute neue Zündis gespendet, die ollen Teile haben seit mind. 2 jahrren drin gesessen und seit mind. 14.000 km Alk und andere Treibstoffe genossen.... und sind top! alle rehbraun, keine temperaturbedingten Ausfälle o.ä.
zumindest isses ein kleines Indiz auf passende Temperaturen im Motor
uffff
um diesen Threat zu verstehen.... brauch man gaaanz viel Zeit...
sehr fleißig die Schreiberlinge hier...
Weiß einer ob der SUZUKI Samurai mit Einspritzanlage Ethanol verträgt ?
Und wo kann man es beziehen ???
In Essen gar nicht.
Schau mal den Beitrag über Dir, da kannst Du auf das E85 Tankstellenverzeichnis klicken und schon hast Du alle aktuellen - hoffentlich - Tankstellen mit E85 in der BRD.
Ansonsten suchen suchen suchen oder einfach mal mit einer Mischung von 25 % E85 anfangen und langsam steigern, aber sicherheitshalber nicht mehr als 50 / 50.
Da ich auch in einem anderen Forum darauf aufmerksam gemacht wurde und irgendwie der Rechnung zwar traue, aber die Schlußfolgerung evtl. nicht richtig ist...
...habe ich mal mit Propan gerechnet. Es ist bekannt, dass es ca. 200K heißer verbrennt als Benzin...
Propan:
Lambda=1 bei 15,71
Aus 1 kg Propan und 15,71 kg Luft werden
11,94kg N2, 3 kg CO2 und 1,64kg H2O,
also im Abgas:
17,99kJ/K (25°C-Werte)
20,24 kJ/K (Durchschnittswert bei 700K Temperaturanstieg)
und mit den Energiewerten (zur Erinnerung Benzin/Alk in Klammern)
25°C Wert
HW: 2574 (2585/2458)
BW: 2796 (2786/2724)
Mittelwert:
HW: 2286 (2295/2178)
BW: 2485 (2474/2414)
Das macht mich stutzig...
Die "Rohenergie-Vergleichs-Rechnung":
BW: 50,3/15,7*14,7 = 47,07
HW: 46,3/15,7*14,7 = 43,35
nochmal die Energien von Benzin BW: 47,0 HW: 43,6
Da sehe ich nirgendwo die höhere Abgastemperatur, denn sie sollten einem ins Auge fallen...
Werde mal einen speziellen Fred dazu erstellen, vielleicht weiß es ein Gaser???
Die erhöhte Abgastemperatur kann ich mit meinen gemessenen Werten NICHT nachvollziehen. Möglicherweise liegt dies an den Messpunkten die vom Steuergerät abgegriffen werden, jedoch denke ich dass ich vor und nach Kat schon am relativen max bin.
Die Werte haben nichtmal um 50k voneinander abgewichen (Gas vs. Benzin)!
grüsse