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Audi A4 8E 3.0i auf LPG

Hier werde ich in losen Abständen Updates zu meinem auf LPG aufgerüsteten 3.0V6 A4 posten.

Sat Dec 18 23:45:31 CET 2010    |    GaryK    |    Kommentare (85)    |   Stichworte: LPG Grundlagen

Und nun gehts weiter mit der Frage aus Teil 1, warum langsame Flammgeschwindigkeiten durch Sauerstoffüberschuss (Magerlauf) trotz der geringeren theoretischen Flammspitzentemperatur besonders hässliche Konsequenzen haben.

 

Was bedeutet eine langsame Flamme für die Auslasstemperatur? Bei der adiabaten Expansion gilt die Poisson'sche Gleichung :

 

T1 * V1^(kappa-1) = T2 * V2^(kappa-1)

 

V1 und V2 sind durch die Verdichtung vorgegeben, T1 durch die Temperatur nach Kompression zuzüglich dem Temperatursprung durch die Verbrennung. Bleibt T2 übrig, die Gleichung lässt sich also lösen. Keine Bange, ich verzichte auf eine Beispielrechnung.

 

Aber es ist zu sehen: Je höher also der Volumenunterschied und damit der Druckunterschied zwischen Kolben oben und Kolben unten ausfällt, desto stärker kühlt sich das heiße Brenngas bei einer Volumenänderung durch den nach unten laufenden Kolben ab und verlässt dann den Brennraum als Abgas. Das Kappa ist eine Stoffkonstante, die sich nicht beeinflussen lässt.

 

Zwischen oben und unten wird das Abgas also einen geometrisch definierten, nur von der Verdichtung abhängigen Faktor gekühlt. Abbrand, der erst später entsteht, wird folglich später gekühlt. Der Kolben ist bereits weiter unten und damit das Verhältnis aus den Anfangs- und Endvolumina geringer. Daher ist das Abgas bei zu langsamem Abbrand am Ende heißer. Das passt vereinfacht gut ins Bild: Energie, die nicht über den Kolbendruck abgeführt werden kann muss als Abgas raus. Nebenbemerkung: Die höhere Verdichtung ist auch das, was den Diesel effizienter macht. Der nutzt die Wärme der Verbrennung durch die höhere Expansion (=Verdichtungsverhältnis) besser aus.

 

Somit festzuhalten: schnelle Flamme gleich hohe Peaktemperatur oben, effiziente Expansion und damit geringe Auslasstemperatur unten. Langsame Flamme gleich niedrige Peaktemperatur, ineffiziente/späte Expansion und dadurch hohe Auslasstemperatur unten. Als Grenzfall betrachtet wäre der Kolben unten, dann bequemt sich das Gas zu verbrennen und die komplette adiabate Flammtemperatur muss als Abgas aus dem Zylinder raus. Das freut das Auslassventil nicht wirklich, das bekommt spontan rote Backen und weiche Knie.

 

Dieses Ventil wird im geschlossenen Zustand erfreulicherweise durch den Zylinderkopf gekühlt, öffnet nun und muss heißes Abgas rauslassen. Dabei heizt es sich stark auf, wird dann während des Ansaugtraktes geschlossen und kühlt dadurch am "kalten" Zylinderkopf wieder ab. Bei Turbos mit den hohen Abgasmengen hat man natriumgefüllte Ventile, diese verteilen die Hitze besser auf das ganze Ventil. Sonst würde nur vorne der Ventilteller geröstet und hinten bliebe es kalt.

 

(Abschnitt editiert) Wenn das Ventil geröstet wird längt es sich, dadurch drückt die Nockenwelle das Ventil früher runter, schließt später und das Gas kann vorzeitig und damit zu heiß austreten, die Kühlungsphase verkürzt sich. Das rösten wird ebenfalls passieren, wenn der Ventilsitz zu stark eingeschlagen ist - das Ventil schließt nicht mehr richtig, verliert den thermischen Kontakt und kann daher nur noch schlecht auskühlen, lässt zudem die heißen Brenngase vorzeitig raus. Dann geht der Ventiltod richtig schnell.

 

Bei den schnellen Flammen sollte nun die adiabate Flammtemperatur aus dem letzten Beitrag im Hinterkopf auftauchen und einem mitteilen, dass die höchste Brenntemperatur ohne Rücksicht auf Kompression und sonstige Systemänderungen bei Lambda = 1 erreicht wird. Diese Flammen knapp um/unter Lambda=1 brennen vergleichbar schnell wie fette, aber in der Spitze heißer. Das heißt, hier ist die thermische Last des "Normalbetriebs" am höchsten. Was einen (Tuner oder Gasumrüster) dazu animieren sollte, bei Volllast nicht knapp unter lambda=1 zu sein. Lambda 0.85 (oder was der Hersteller eigentlich haben möchte) ist deutlich kälter, brennt noch marginal schneller und freut damit den Motor mit geringen Abgastemperaturen. Dies betrifft besonders Fahrzeuge bis Euro-3, diese haben meist nur eine Sprungsonde. Damit sehen deren Steuergeräte nur dass das Gemisch fett ist, aber nicht ob es fett genug und damit "kalt" genug ist. Zu fett kostet zunächst Kraftstoff, irgendwann den Katalysator, aber wenigstens keinen Motor.

 

Apropos genug, genug der Theorie - es gibt jetzt Messwerte um diese theoretischen Überlegungen praktisch zu belegen. Nebenan ist die Abbrandgeschwindigkeit eines Experimentalmotors bei Benzin- bzw. LPG Betrieb als Funktion des Kurbelwellenwinkels aufgetragen, Quelle ist (wiederum) die Zeitschrift Energy Conversion and Management 46 (2005), Seite 2317–2333. Man kann gut sehen, dass Propan unter Verwendung des gleichen Zündwinkels gerade bei hohen Drehzahlen schneller abgebrannt ist wie 'Gasoline', auf Altdeutsch 'Benzin'. Das bedeutet zwangsläufig, dass die Spitzentemperaturen und Drücke am Ende der Verbrennung höher sein müssen wie unter Benzin, aber über einen höheren Kolbendruck eigentlich mehr Arbeit verrichtet werden kann. Die paar Grad früher durchgebrannt machen den Braten aber nicht fett. 10° Kurbelwinkel sind bei 6000 UPM etwa 270 Mikrosekunden! Idealerweise liegt der Spitzendruck irgendwo um 15° nach OT, behaupten zumindest die Motorenbauer. Und nun schaue man sich aus dem vorherigen Beitrag des ersten Teils an wie langsam Flammen im mageren Bereich werden können. Somit ist zu erwarten, dass die Abgastemperaturen bei korrektem Lambda und schnellerem Abbrand durch LPG oder Ethanol zwangsläufig sogar etwas sinken. Ideal wäre es, wenn die Zündung ein paar Grad später gestellt wird, damit die Druckspitze genau zum "idealen" Zeitpunkt von ca 12-15° nach OT auf den Kolben trifft und nicht vorher auf die noch weit oben stehende Kurbelwelle drückt. Zu früh gezündet zu haben ist auch nicht gut. Normalerweise laufen die Motoren durchaus bei hoher Last mit 35-40° Vorzündung.

 

 

Die durch die höhere Flammengeschwindigkeit bedingten höheren Kolbendrücke und Spitzentemperaturen werden vom selben Autorenteam bestätigt, siehe nebenstehende Grafiken. Das heißt, in der Spitze (Kolben oben) verbrennt LPG tatsächlich heißer. Die heißere Verbrennung beträgt jedoch nur etwa 50K im Peak oben und das ganze auf einem Niveau von bereits 2700K beim Benzin, also etwa 2400°C über Umgebungstemperatur. Daher beträgt der prozentuale Temperaturunterschied gerade 2%. Würde das LPG flüssig eingespritzt wären es immer noch 1.3-1.5%. Auf Dauer hält diese Temperaturen übrigens kein Zylinderkopf aus - das funktioniert nur weil es wenige Mikrosekunden später bereits wieder kälter wird.

 

Bei Abgastemperaturen von 800-900°C interessiert dies das Auslassventil nicht wirklich, das freut sich vielmehr über die schnellere Flamme und wie schön das Gas expandiert und damit abkühlen konnte. Leider liegen mir dazu keine Messdaten vor, aber ich erwarte bei einer blitzsauberen Abstimmung unter LPG und einer perfekt dosierenden / präzisen Anlage sogar geringere Abgastemperaturen. Nachtrag: Man schaue in das Attachment zum ersten Kommentar!

 

Wenn die Abgastemperaturen deutlich nach oben weglaufen und Auslassventile trotz korrekten Ventilspiels verbrennen, dann stimmt in den allermeisten Fällen das Gemisch nicht. Wie gezeigt hilft gegen eine Fehldosierung auch eine Flüssigeinspritzung nicht. Man darf dann suchen ob eine Düse versifft oder zu knapp dimensioniert ist, eine Fehlabstimmung mit falschen Einspritz-/Einblasmengen vorliegt, sich der Verdampfer verstellt hat oder dieser einfach nicht die Spitzenleistung schafft und obenrum zu wenig Druck bereitstellt. Ein völlig versiffter Gasfilter kann ähnliche Effekte haben. Erfreulicherweise haben die modernen Anlagen u.a. deswegen alle einen Raildrucksensor. Gegen einen Abstimmungsfehler oder zu knapp dimensionierte bzw. unpräzise dosierende Düsen kommt dieser aber nicht an.

 

Das heißt zusammengefasst: die "kälteste" Anlage ist die mit der besten Dosierung/Abstimmung. Ob gasförmig eingeblasen oder flüssig eingespritzt wird ist nebensächlich, es entscheidet die Qualität. Und zwar der Einblasdüsen als mechanisch ausführende Einheit, des Steuergeräts mit seiner Software und Sensorik als Steuerungsebene und vor allem die der Abstimmung seitens des Umrüsters.

 

Nachtrag:

Direkt der erste Kommentar von Gasvectra hat ein nettes Attachment mit Messwerten nebst der belastbaren Aussage, dass korrekt dosiertes Gas sogar "kälter" verbrennt wie Benzin: ca. 800°C statt 857°C Abgastemperatur.

 

Diese Daten mit Messungen aus Osnabrück stützen die aus den Flammgeschwindigkeiten erwarteten Abgastemperaturen perfekt. 57°C weniger Abgastemperatur bei Gas wie dort gemessen ist sogar mir beinahe etwas zu viel. Herzlichen Dank übrigens für diese Daten!

 

Mögliche Erklärung des erstaunlich hohen Unterschieds ist (neben der Flammgeschwindigkeit) spekulativ folgende: Benzin hat als Aerosol (Flüssigtropfen-Gasgemisch) eine inhomogene Gemischbildung. Damit kann die Flammgeschwindigkeit durch Stofftransport aus der flüssigen in die Gasphase begrenzt sein. Bei hohen Drehzahlen steht nur wenig Zeit zur Verdampfung des Benzins nebst Verteilung im Zylinder zur Verfügung.

 

Das bedeutet bildlich beschrieben: Das Benzin liegt zum Zündzeitpunkt teilweise noch als mikrofeiner Tropfen vor, die Sauerstoffmenge ist aber in Summe auf vollständige Verbrennung bemessen. Damit brennt es außerhalb des Tropfens im Luftüberschuss (mager), nahe des Tropfens jedoch im Luftmangel (fett). Modellhaft darf daher angenommen werden, dass ein Teil eher fett & schnell und ein anderer Teil mager & langsam verbrennt. Dieses Problem hat LPG/CNG mit der sauberen Durchmischung (Gas in Gas) naturgemäß nicht, Alkohol durch die hohe Oberflächenspannung (tendenziell große Tropfen) und die hohe Verdampfungsenthalpie jedoch verstärkt.

 

Diese These lässt sich mit zwei Beobachtungen stützen. Beobachtung 1: Höhere NOx Bildung bei Benzin und hoher Drehzahl, siehe nebenstehende Grafik. Quelle sind die im oberen Beitrag verlinkten Autoren. NOx steigt u.a. dann an, wenn stöchiometrisch eigentlich korrekte Gemische nicht mehr sauber verbrennen - NOx kommt daher in lokalen Magerlaufbereichen besonders deutlich hoch. Ab ca 4000 UPM geht Stickoxid beim Benziner im Vergleich zum LPG Motor hoch, scheinbar reicht die Zeit nicht mehr um das Benzin vollständig und damit sauber zu vergasen. Damit gibts im Benzinbetrieb magere und fette Zonen, der Anteil magerer Zonen treibt die Abgastemperatur höher als diese eigentlich sein sollte.

 

Ein weiterer Beleg und damit Beobachtung Nummer zwei ist aus der in Abbildung 1 gezeigten Abbrandgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Drehzahlen erkennen. Bei hohen Drehzahlen und gleichem Zündzeitpunkt ist LPG etwa 15° früher durchgebrannt wie Benzin, bei niedrigen (und damit mehr Zeit) sind es nur 7-10° Kurbelwinkel. Die langsamere Verbrennung von Benzin bei hohen Drehzahlen (und damit wenig Zeit zur Benzinverdampfung) steht im Einklang mit der These, dass inhomogenes Gemisch unter Benzin für Brennverzögerungen und damit für höhere als zwingend nötige Abgastemperaturen sorgt. Vielleicht kümmert sich die nächste Generation von Gasanlagen sogar um eine Lastkorrektur des Zündwinkels. LPG könnte bei höheren Drehzahlen sogar etwas später zünden. Die Korrekturfunktion des Benzinsteuergerätes ist auf die Abbrandgeschwindigkeit von Benzin begrenzt und wird nicht zu spät zünden wollen. Bei LPG wären 2-5° später durchaus diskutabel.

 

Kurzfassung:

* LPG brennt weil es etwas schneller verbrennt in der Position "Kolben oben" tatsächlich wenige Prozent (2 bis max. 3%) heißer.

* LPG ist bei den für Ventile und Turbolader relevanten Abgastemperaturen "Kolben unten" sogar kälter, sofern natürlich die Anlage ausreichend präzise dosiert und abgestimmt worden ist.

* die tiefsten Abgastemperaturen hat eine präzise dosierende und (qualitativ hochwertige) Anlage.

 

Nur weil für eine Anlage ein Abgasgutachten vorliegt heißt das noch lange nicht, dass die Anlage in jedem Auto vom nächsten mongolischen Landmaschinenschlosser in einem Tag eingebaut perfekt läuft. Ein Abgasgutachten besagt nur, dass ein Ingenieur des Herstellers ein derart umgerüstetes Auto durch die Abgasmessung des TÜV gebracht hat. Von "in einem Tag eingebaut, auf 'Autotune' gegangen, fertig" steht dort explizit nichts drin.

 

Verbrannte Ventile sind (bei gasfesten Ventilsitzen natürlich) daher kein Naturgesetz des LPG-Einsatzes an sich, sondern ein Fehler. Entweder in der Abstimmung oder der Dosierung. Wenn euch also ein Umrüster erzählt "nicht über 4000 Touren, kein Vollgas weil Gas brennt heißer", erzählt dem ruhig "tschüß". Gasfeste Motoren bzw. gasfeste Ventilsitze sind genauso vollgasfest wie im Benzinbetrieb. Es freut keinen Motor getreten zu werden, egal wie teuer der Kraftstoff ist.

 

Ist ein Motor bekannterweise nicht ausreichend gasfest, so kann auch die sauberste Abstimmung einen Ventilschaden auf Dauer nicht verhindern. Durch Schlagverschweißungen (Pitting) trägt sich der Ventilsitz ab, dadurch sinkt das Ventilspiel, das Ventil öffnet zu früh und schließt zu spät, wird ggf. undicht und das wars dann. Gas hat im Gegensatz zu Benzin keine Additive, manche Ventile vertragen das nicht.


Sun Dec 19 01:14:00 CET 2010    |    gas_vectra

Hallo

das könnte dich interessieren!



Sun Dec 19 03:43:51 CET 2010    |    Provaider

Bei Turbomotoren mit Direkteinspritzung wie sie alle Diesel haben und neue Ottomotoren haben "kühlt" man die Auslassventile in dem man es bewusst länger offen lässt als normal. D.h. der Kolben ist schon wieder auf dem Weg nach oben und Komprimiert. Durch den Lader kann ich mehr Luft in den Zylinder schieben, die natürlich viel kälter ist als das Abgas. Dadurch wird das Ausslaßventil zusätlich gekühlt.

Bei Saugmotoren geht das nicht weil sonst unverbrannte Kohlenwasserstoffe in den Kat gelangen würden was ihn zerstört und auch die Abgaseinstuffung verhindern würde.


Sun Dec 19 08:46:33 CET 2010    |    WalterE200-97

Hallo zusammen,

hallo GarryK,

 

Danke für beide Teile zu "Gas brennt heißer", die offensichtlich deinen

Standpunkt "pro Autogas" deutlich machen.

Als kritischer Amateur fallen mir im Vergleich Benzin vs. Autogas

nicht erwähnte Problembereiche/Probemlösungen auf:

• längere Verbrennungszeiten bei gleichem Kraftstoff/Luftgemisch

• wenig temperaturbeständige Ventilsitzringe

• Kontaktverschweißung zwischen Ventilteller und Ventilsitzring

• Düsenstockprüfung

 

Wenn ich deine Beiträge als eine Art Unbedenklichkeitsbescheingung

auffassen soll, dann bewirken deine "Weglassungen" bei mir genau das

Gegenteil, muß ich also meine Autogas-Bedenken weiterhin behalten?

 

LG, Walter


Sun Dec 19 10:10:33 CET 2010    |    WalterE200-97

Zitat

Zitat:

"kühlt" man die Auslassventile in dem man es bewusst länger offen lässt als normal

Hallo Provaider,

 

nach meinem Verständnis würde bei einem länger offenen, also temporär nicht vollständig verschlossenen Ventil, der Ventilteller und auch der Ventilsitz verbrennen, weil heiße Verbrennungsgase am Ventil vorbeiströmen.

Ein Ventil wird verbrennungsraumseitig beheizt und kann nur dann Wärme

an den Zylinderkopf abgeben, wenn es im 3. Takt sicher und vollständig verschlossen ist.

 

LG, Walter


Sun Dec 19 10:46:35 CET 2010    |    GaryK

@Walter

 

"längere Verbrennungszeiten bei gleichem Kraftstoff/Luftgemisch" hätte ich gerne belegt. Die Flammgeschwindigkeiten aus meinen Quellen zeigen eindeutig, dass LPG etwas schneller verbrennt als Benzin, nicht langsamer. Langsamer wird es nur wenn das Gemisch nicht stimmt.

 

Übrigens hat dein Vorschreiber mit dem Auslassventil recht. Beim Turbo und Direkteinspritzer(!) kann man durch die Ventilüberschneidung kalte Frischluft durch den Motor drücken und damit das Ventil nochmal abkühlen bevor es geschlossen wird und Restwärme an den Zylinderkopf abgibt. Bei einer Saugrohreinspritzung schwer möglich, da dann Frischgas durchgeblasen wird. Stelle ich mir nur bei der Lambdaregelung beschissen vor, da das Lambda durch die Frischluft in Summe magerer erscheint wie das eigentliche Brenngemisch. Da muss man eine verflixt schnelle Lambdasonde dicht am Auslassbereich haben um das wenigstens zeitlich auflösen zu können oder mit einer UEGO Sonde diesen Anteil berechnen und den Messwert entsprechend korrigieren.

 

Kontaktverschweißung ist leider ab und zu ein Thema, hängt aber stark vom Ventilsitzmaterial ab. Mein Dicker scheint wie viele "ältere" nicht betroffen. Wenns einzig und alleine an Additiven liegt, so haben gescheite(!) Ventilschutzssysteme sicher eine Berechtigung. Die wenigen Euro Aufpreis für gescheites Material und damit auch weniger Wartungsaufwand im Benzinbetrieb fänd ich persönlich besser als noch ein Chromring um den Tacho oder ne Kirmesbude im Kombiinstrument.

 

Düsenstockprüfung ist etwas, was der Hersteller oder Umrüster garantieren muss. Wenn die nicht gleichförmig dosieren kann man die Gemischbildung natürlich vergessen. U.a. deswegen hab ich ne Allergie gegen billigste Anlagen und am besten selbstzubohrende Düsen. Setzt voraus, dass der Umrüster exakt weiss was er da tut und am besten die Düsendurchsätze überprüft.

 

Die Gaslieferanten sind in der Pflicht, dass im Gas nicht Paraffine oder anderer Rotz ist, die Einblasdüsen verstopfen können. Gerade LPG ist eigentlich ziemlich einfach zu reinigen. Bei Heizungen sind die Paraffine scheissegal, da das Gas aus dem Tank in der Gasphase des Tanks entnommen wird, quasi destillativ gereinigt wird. Paraffinreste im Tank sind Heizanlagen daher egal, Autogasanlagen leider nicht...


Sun Dec 19 11:08:08 CET 2010    |    kiaora

Hallo Walter,

 

Im 3. Takt (Arbeitstakt) ist das Auslaßventil natürlich geschlossen - nach dem 4. Takt (ausstoßen) bleibt es z.B bei manchen Turbodieseln ein Stück weit in den Ansaugtakt noch offen um Frischluft noch daran vorbeizuführen und damit ein wenig Wärmeabfuhr zu gewährleisten.

 

LG robert


Sun Dec 19 11:40:55 CET 2010    |    WalterE200-97

Vielen Dank für eure Antworten, GaryK und kiaora.

 

Mein Eindruck ist: Es gibt keinen Umrüster, der sämtliche Autogas-Parameter,

die die Lebensdauer eines Ottomotors beeinflussen können, perfekt im Griff hat.

Selbst der Importeur von Prins-Autogas-Anlagen, der intern alle "nicht öffentlichen"

Autogas-Probleme längst kennt und seine Kenntnisse einbringen könnte, ist nur

bereit, Autogas-Anlagen an Umrüster zu liefern, lehnt es aber ab, selber Autos

umzubauen ... warum wohl?

Einen evt. Einwand, nicht mit eigenen Kunden konkurieren zu wollen, liesse sich

mit einem angemessenen, der eigenen Kompetenz entsprechenden höheren

Umbaupreis aus der Welt schaffen.

 

LG, Walter


Sun Dec 19 13:56:24 CET 2010    |    Peter2306

"Das rösten passiert auch, wenn das Ventilspiel zu groß ist." "Das Ventil schließt nicht mehr und kann daher nur noch schlecht auskühlen."

 

Ist das Ventilspiel in diesem Fall nicht eher zu gering?


Sun Dec 19 14:23:30 CET 2010    |    kiaora

Zitat:

Ist das Ventilspiel in diesem Fall nicht eher zu gering?

Richtig

Zitat:

"Das rösten passiert auch, wenn das Ventilspiel zu groß ist." "Das Ventil schließt nicht mehr und kann daher nur noch schlecht auskühlen."

Ventilspiel dürfte bei modernen Motoren mit automatischem Ventilspielausgleich (Hydros) keinThema mehr sein.

 

LG r.


Sun Dec 19 14:32:23 CET 2010    |    anschiii

Eine schöne Beschreibung, die viel zum Verständnis beiträgt; auch wenn ich mit E85 unterwegs bin.

Demnach verbrennt Ethanol also nicht langsamer als Benzin, wie meist behauptet wird?


Sun Dec 19 14:44:21 CET 2010    |    GaryK

Nein, so lange das Gemisch stimmt nach meinen Daten ganz im Gegenteil. Ärgerlich ist, dass das zähere und je Liter energieärmere Ethanol wegen des Limits der Einspritzdüsen zu Magerlauf tendiert und damit langsamer und heißer verbrennt. Im Teillastbereich kann dich eine Verlängerung der Einspritzzeiten retten (Stichwort Kraftstoffkatze oder IAT Sensor Tuning) und die Gemischbildung erleichtern, bei hoher Last hat sowas keine Chance und gerade da wird das hässlich. Ohne größere Düsen und/oder eine Druckanpassung hast du theoretisch keine Chance. Die heißere Verbrennung ist sozusagen ein Folgefehler zu geringen Kraftstoffeinsatzes und kein Naturgesetz des Kraftstoffs.

 

Spannendes Thema, die Recherche und das Einlesen hat jedenfalls richtig Spass gemacht. War irgendwie besser als das TV Programm der letzten Tage.


Sun Dec 19 17:48:42 CET 2010    |    kiaora

Wenns schon irgendwo steht - sorry, hab nicht alles gelesen:

 

Benzin kommt in Tröpfchenform in den Zylinder und entzieht durch die Verdunstung Wärme, bei Gasbetrieb verdampft das flüssige Gas im Verdampfer und kann so den Zylinder nicht mehr von innen kühlen.

 

Ahnliches passiert bei magerem Gemisch - dort ist die Kühlung durch die kleinere Treibstoffmenge geringer und die Verbrennungstemperatur höher


Sun Dec 19 18:03:48 CET 2010    |    GaryK

Sorry, auch eine kleine Legende. Die Kühlungswirkung ist angesichts der geringen Verdampfungswärmen sehr gering.

 

Beispiel LPG: Verbrennungswärme Propan 2200 kJ/mol, Verdampfungswärme deren 16 kJ/mol. Isooktan ist nicht anders, 35 kJ/mol Verdampfungswärme, Verbrennungswärme 5400 kJ/mol. Das Verhältnis ist recht exakt das gleiche. Ethylbenzol als Aromat hat 42 kJ/mol Verdampfungswärme und brennt mit ca 4500 kJ/mol. Auch kein Wunder, das ist bestenfalls 1%.

 

Zudem müsste nach den von gasvectra geposteten Messdaten ein Benzinmotor unter Volllast durch die Innenkühlung am Ende kälter laufen wie ein Gasmotor. Macht der aber nicht. Was den Motor kühlt ist eine Überfettung. Zum einen steigt die Flammgeschwindigkeit, zum anderen entsteht statt CO2 nur noch CO und das setzt bei in Summe höherer Masse im Zylinder durch unvollständige Verbrennung weniger Energie frei. Die Flammtemperatur selbst sinkt. O2 mit C irgendwas zu CO2 macht 396 kJ/Mol, zwei mal CO durch zusätzlichen Kraftstoff ergeben nur noch 2 x 110 kJ/mol, damit hast du ein Mol Gas mehr was drücken kann und nur die halbe Energie (damit weniger Temperatur).

 

 

Was man sicherlich merkt: Verdampfender Kraftstoff kühlt die Ansaugluft. Kalte Luft ist sowohl dichter als auch weniger viskos und füllt den Zylinder besser.

 

Wer selbst nachlesen mag: Die NIST Datenbank ist kostenlos, webbook.nist.gov/chemistry.


Sun Dec 19 18:08:54 CET 2010    |    anschiii

dann hat der Typ, der mir den Chip gemacht hat, also recht, weil im Internet liest man meist, Alkohol verbrennt langsamer.

ich wußte nicht so recht, was nun stimmte, da der Wagen aber rennt wie Teufel, konnte er wohl nicht so falsch liegen:rolleyes:

 

Ach ja, andere Düsen hatte er mir empfohlen, weils sonst zu mager würde-wie du auch schreibst.

Mit Einspritzventilen, nem neuen Kraftstofffilter und dem Chip hat mich das ganze 250€s gekostet. Das halte ich für ok, oder?


Mon Dec 20 13:18:40 CET 2010    |    Käfer1500

"Das rösten passiert auch, wenn das Ventilspiel zu groß ist": müßte "zu klein ist" heissen, steht ja auch oben schon mal als Kommentar. Bei zu grossem Spiel bleibt das Ventil eben länger zu, schlecht für die Leistung, gut für die Kühlung.

Sonst ein guter Bloq, auch Teil1!


Mon Dec 20 13:59:16 CET 2010    |    GaryK

danke, ist korrigiert.

 

These für Ventilverschleiß unter Benzin wäre damit bei Hydros folgende:

Heiße Verbrennung -> gelängtes Ventil -> frühes öffnen/spätes Schließen -> weiterer Temperaturanstieg bis Ventiltod.

 

Quizfrage: Ventiltod dadurch, dass es durch thermisch bedingte "Überlänge" nicht mehr sauber schließen kann und dann erst recht gegrillt wird? Weil, schlägt der Sitz zusätzlich ein müsste dies das Ventilspiel stärker verringern Die höheren Temperaturen werden sicherlich den Einschlag über "Pitting" begünstigen.


Mon Dec 20 17:00:52 CET 2010    |    anschiii

bei Hydros (hydraulischer Ventilspielausgleich laufen eigentlich immer mit Ventilspiel null) passiert eigentlich gar nichts, sondern nur bei einstellbaren Ventilen?!


Tue Dec 21 12:02:16 CET 2010    |    GaryK

Ich denke, dass Hydros das Spiel etwas ausgleichen können. Ein zu heißes Abgas wird aber das Ventil trotzdem schädigen, den Ventilsitz einschlagen lassen und dann ist der Kopf ebenfalls hin. Man merkt den Schaden nur später.


Wed Jan 05 09:35:02 CET 2011    |    toyotix

Hallo GaryK - Du verdienst einen Orden für Deine Abhandlung(en) !

 

Die Reduzierung der Abgastemperatur um 20-50 K durch LPG Betrieb wurde auch schon von anderen bestätigt (20-50K).

 

Verbrennende Ventile:

 

Nichts ist monokausal ! Aufgrund er fehlenden Additive im LPG kommt es zu erhöhtem Verschleiß vorwiegend an den Ventilsitzen. Mechanismus: Reibung des Ventilkegels auf dem Sitzring aufgrund des Verbrennungsdruckverlaufes und aufgrund der zyklischen Temperaturschwankung des Ventiltellers. Folge Ventilspiel sinkt. Sinkendes Ventilspiel wiederum beschleunigt die Schädigung des Ventilsitzes da die Phase des schleichenden Öffnens (Nockenrampe) nunmehr länger wird, die Aufheizphase wird länger, die Abkühlphase kürzer. Weiters wird über einen längeren Zeitraum heißes Gas durch eine sehr engen Spalt gedrückt -> Wärmeübergang verbessert -> mehr Hitze ins Ventil. Das so aufgeheizte Material erreicht entweder seine Warmfestigkeitsgrenze und "fließt" und/oder die Verschweißneigung nimmt zu. Bei der nächsten Ventilöffnung werden die "Schweißpunkte" wieder aufgerissen, es entstehen Grübchen und dann irgendwann Schußkanäle - fertich, Ventil putt.

 

Motoren mit Hydrostößeln sind nur scheinbar im Vorteil: der Sitzeinschlag wird nur kaschiert/kompensiert bis der Verstellweg aufgezehrt ist, dann greift der gleiche Mechanismus wie oben. Hydros sind eher ein Nachteil: keine Vorwarnung bis nix mehr geht.

 

Ventilkühlung durch längere Überschneidung bei Direkteinspritzern/Turbos: macht man überhaupt ganz und gar nicht wegen der armen Ventile; das Restgas soll ausgespült werden (VL-Betrieb) - komplett andere Baustelle bzw Motivation !

 

Sitzeinschlag kann man auch mit Benzin/E25/E85 - Betrieb wunderbar produzieren, indem besonders niedrig additivierte Kraftstoffe verwendet werden; macht man versuchtechnisch absichtlich, um gute Ventil/Sitzringpaarungen zeitgerafft zu ermitteln.

 

 

Das führt nun zur Frage der diversen Mittelchen. Grundsätzlich halte ich 90% diese vielen Helferlein für V....Verdummung. Im Falle des bekannten australischen Produktes mußte ich jedoch merkliche Wirksamkeit konzedieren. Das Allheilmittel ist es jedoch auch nicht, ein moderater Gasfuß kann damit seinen Motor aber sicher wesentlich länger betreiben.

 

 

Nochmal zurück zu "Gas brennt heißer": alles wunderbar, gehe voll mit (soweit ich denn fachlich folgen konnte). Dennoch habe ich folgenden Effekt auch meßtechnisch selbst miterleben dürfen: bei sinkender Abgastemperatur (durch zB vorverlegte Zündung oder erhöhte Verdichtung) werden die an der Verbrennung beteiligten Bauteile meist thermisch höher beansprucht (Kolben / Zlindersteg / Zkopftemperaturen steigen uU beträchtlich). Wenn also die durchaus zu würdigenden Praktiker vom "heißer brennenden Gas" reden, sagen sie das Falsche, meinen aber das Richtige (Bauteiltemperaturerhöhung) ! Also bitte etwas Nachsicht.

 

 

 

Nochmals Lob an Alle insbesondere GaryK für diesen Blog - etwas derart Profundes hatte ich bei MT nicht erwartet. Deshalb poste ich hier auch ohne account, ist normalerweise eher was für die Headbanger - Fraktion.

 

 

 

Gruß an Alle


Wed Jan 05 10:32:24 CET 2011    |    GaryK

Herzlichen Dank für die Blumen.

 

Das heiß aber auch, dass das hypothetisch erhältliche Additivpaket eines Markenbenzinherstellers in konzentrierter Form und zudem sauber lastgesteuert dosiert einen Ventilsitzverschleiß verringern müsste. Mehr als das in jeder Raffinerie erst am Tankwagen zugegebene Additiv mit Naphta verdünnt auf Flaschen zu ziehen müssten BP, Shell & Co also gar nicht um ein (noch) kleines Geschäft zu machen.

 

Was die Spitzentemperaturen nahe des OTs betrifft könnte eine Gasanlage diese hypothetisch sogar kompensieren. Diese müsste "nur" den Zündwinkel unter Last auf etwas später drehen, so 3-5 Grad scheinen auf der (noch) sicheren Seite zu sein. Setzt leider voraus, dass die Gasanlage nicht nur die Einspritzdüsen manipuliert, sondern auch die Zündleitung / den Zündzeitpunkt verzögert oder alternativ den Nockenwellen/Kurbelwellensensor Richtung Steuergerät manipuliert.

 

Dies kostet durch geringere Spitzendrücke etwas Leistung, steigert natürlich etwas die Abgastemperatur, senkt im Gegenzug durch die "späte" Zündung aber die Spitzendrücke und damit Spitzentemperaturen oben im Brennraum. Ist die Frage wodurch das Ventil stärker verschleißt - heißes Abgas am unteren Totpunkt oder Spitzendrücke/Temperaturen am oberen. Wäre interessant einen nicht gasfesten Motor mit einer obenrum etwas verzögerten Zündung zu untersuchen... nur leider hab ich weder einen Ford, noch einen Toyota oder soviel Kleingeld in der Portokasse um mir diesen Versuch als Freizeitvergnügen leisten zu können ;)

 

Risiko an lastabhängiger Spätzündung wäre, dass eine fälschlich mager abgestimmte Anlage noch später/heißer brennt, das wird angesichts der erforderlichen Mehrkosten und des Mehraufwandes kaum ein Hersteller riskieren wollen. Ich hoffe, dass der Trend eher in "gasfeste" und damit auch ethanolfeste Zylinderköpfe gehen sollte. Ethanol brennt nach den Daten der Veröffentlichung noch schneller und verschärft den Effekt der höheren Spitzendrücke weitaus stärker wie LPG. Und bei LPG gibts bereits einen sichtbaren Effekt, der wird bei Ethanol noch stärker sein. Ethanol/Methanol wird als Kraftstoffkomponente eine stärkere Rolle spielen, da bin ich ganz sicher.

 

Flashlube & Co als Additive sind zudem nix wirklich neues, nach meinem Kenntnisstand in Naphta gelöste Kalium und Magnesiumsalze von Fettsäuren. Spottbillig in der Herstellung. Anlässlich des gerade aktuellen Dioxinskandals wären die dort kontaminierten "technischen" Fettsäuren mit Pottasche und Magnesiumcarbonat neutralisiert und klarfiltriert im Fahrzeug besser aufgehoben wie im Tierfutter ;)


Wed Feb 16 21:56:55 CET 2011    |    peterpaul2550

Hallo GaryK!

Das hast Du toll verständlich mal aufgedröselt!

Vielen Dank!

 

mfg

peter


Fri Mar 11 01:15:14 CET 2011    |    755MIB

Interessant ist dann die Wirkunsgradentwicklung:

 

Ein Verlustfreier Motor in einem idealen Wärmekraftprozess würde im Benzinbetrieb (2700K Spitzentemperatur/1123K Abgastemperatur) einen Wirkungsgrad von 58,4% haben. Im Gasbetrieb 2750K Spitzentemperatur/1073K Abgastemperatur) einen Wirkungsgrad von 61% haben. Das führt zu einem 4,5% höherem Wirkungsgrad. Es wäre denkbar, dass durch ansonsten unveränderte Verluste (Ansaugverluste, thermische Verluste, Reibung...) auch diese Differenz in der Realität beobachtbar ist.


Thu Mar 24 19:26:34 CET 2011    |    wolkenschaufler

Hallo GaryK!

Hervorragend dein Beitrag. Sehr interessant zu lesen.

Was mir jedoch noch eingefallen wäre, ist folgendes:

Bis zu dem Punkt mit dem späteren Zündzeitpunkt steh ich voll hinter dir. Ich denke aber nicht dass man den Zündzeitpunkt beim LPG so ohne weiteres später setzen kann, denn es ist eine höhere Zündspannung nötig, da die Ionisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches sich schwieriger gestaltet. Dies führt in meinen Augen dazu, dass die Verbrennung später beginnt als eigentlich konstruktiv vorgesehen. Was aber dann wieder zu dem von dir geschildertem Problem führen könnte, dass die Flamme dem Kolben "hinterherläuft" und somit das die Auslassventile wieder überhaupt nicht freut.

 

Natürlich regelt das Benzinsteuergerät den Zündzeitpunkt sowieso Richtung Frühzündung, weil ja die Klopffestigkeit von LPG höher ist als gegenüber Benzin. Wo dann letztenendes der Verbrennungsbeginn liegt dürfte wohl so einfach nicht zu bestimmen sein.

 

Was ich mir noch nicht ganz erklären kann ist, warum läuft ein Ottomotor auf Benzin "weicher". Ich meine damit rein von der subjektiven Geräuschwahrnehmung. Theoretisch müsste der Motor doch sogar "härter" laufen eben wegen der verfrühten Entflammung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.

 

gruß Wolkenschaufler


Fri Mar 25 20:14:28 CET 2011    |    där kapitän

Vielen Dank.

Als Vectra B LPG-Fahrer und "Standeskollege" (nicht Bereich Chemie, sondern Elektro ;)) hat mir das Lesen viel Spaß bereitet. Auch die rege Diskussion hier, sehr angenehm, bringt zum Mitdenken :)

 

still zustimmende Grüße


Sat Apr 02 14:09:41 CEST 2011    |    GaryK

Mitdenken ist explizit erwünscht, das kommt leider aus der Mode. Mittlerweile reicht es beruflich zu oft, wenn man nur jemanden kennt der ein Problem lösen kann ;) Sowas nennt sich dann "Projektmanager"


Sun Apr 17 10:37:22 CEST 2011    |    kbankett

Kann es sein, dass du dich bei den 2,7% statt 2% (bei flüssiger LPG Einspritzung) vertan hast?

So wie ich sehe, hast du die Verdunstungstemperatur hinzu addiert statt abgezogen - richtig?

 

Aber echt eine super Abhandlung des Themas! Danke!


Mon Apr 18 11:42:05 CEST 2011    |    GaryK

Hast völlig recht, eigene Blödheit. Ist korrigiert, danke für den Hinweis!


Thu Jun 16 19:55:48 CEST 2011    |    schlumpf55

Hallo GaryK!

Vielen Dank für Deinen Superbeitrag! Einfach super recherchiert und super dargestellt. Tolle Sache!

Gruß!


Thu Jul 21 10:39:42 CEST 2011    |    SirTurbo

@GaryK:

"Nein, so lange das Gemisch stimmt nach meinen Daten ganz im Gegenteil. Ärgerlich ist, dass das zähere und je Liter energieärmere Ethanol wegen des Limits der Einspritzdüsen zu Magerlauf tendiert und damit langsamer und heißer verbrennt."

 

Ok, das mit dem Mager ist klar. Aber müsste die langsamere Verbrennung nicht dadurch kompensiert werden daß die Flammgeschwindigkeit von Ethanol (siehe Teil 1) fast 50% über der von Benzin liegt?


Sun Jul 24 17:45:33 CEST 2011    |    GaryK

Leider nein. Neben der laminaren Flammgeschwindigkeit (sauber brennende ruhige Flamme) wie in einem Bunsenbrenner gibts auch die turbulente Flammgeschwindigkeit. Diese ist etwa Faktor 30-50 mal höher wie die laminare. Grund: Wenn auf engstem geschlossenen Raum was abbrennt, so steigt Druck und Temperatur lokal stark an, es strömt dadurch Material aus der Zone hohen Drucks in die unverbrannte Zone mit geringem, was die eigentliche Flamme deutlich beschleunigt. Ist etwas komplizierter, daher ist 50% schneller laminar nicht zwingend 50% schneller turbulent.


Deine Antwort auf ""Gas brennt heißer", Teil 2"

Der Schuldige

GaryK GaryK

Senior Chaos Engineer

Audi

Mittvierziger, GebrauchtfahrzeugbiszumTüvTod Fahrer.

 

Forenpate / Moderator "Alternative Kraftstoffe".

Informationen

LPG macht süchtig.

 

Ehemals:

  • Honda Civic GT 1.5i, BJ 1985. Kein Gewicht, kein Fahrwerk.
  • Ford Escort 1.6 Ghia, viel Durst um nichts.
  • Vectra B 1.8/16V Edition 100, LPG Landi Renzo IGS, gekauft bei 66.000 km,verkauft bei 220.000 km. Zuverlässiger Poltergeist.
  • Audi A4 3.0i, LPG mit BRC Plug & Drive, gekauft mit 82 tkm und sofort auf LPG umgebaut. Aktuell ca 216.000 km. Die Karre zickt an allen Ecken, aber NICHT wegen LPG. Es sei denn, ein kaputtes Schaltsaugrohr / Schiebedach / Querlenker kommt von dessen negativer Aura.

 

(ehemalige) Motorräder:

  • GSX400E
  • XJ600 (51J)
  • YZF600R - hammergeile Ergonomie, Fahrwerk / Motor suboptimal
  • GSX-R 750 mit LSL Lenkerumbau. Geiler Motor und Fahrwerk, aber leider suboptimale Ergonomie.

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