• Online: 3.438

Audi A4 8E 3.0i auf LPG

Warnung: Dieser Blog gefährdet Ihre Dummheit. Nicht für Bildzeitungsleser geeignet! Als LPG-Umbaublog angefangen liegt der Schwerpunkt nun auf Verbrennungstechnik bei Otto- und Dieselmotoren.

14.03.2016 11:28    |    GaryK    |    Kommentare (4)    |   Stichworte: LPG Grundlagen, Stickoxide

Angesichts der aktuellen Diskussionen um Stickoxide und den Abgasskandal der Diesel möchte ich euch eine Studie aus dem Saarland nicht vorenthalten. Auch wenns heißt: "Welches Schild erlaubt das Wenden auf der Autobahn? WILLKOMMEN IM SAARLAND", hier haben die was nützliches gemessen. Nämlich Stickoxide im gesamten Lastbereich von Otto- und Dieselmotoren und nicht nur "im NEFZ" Zyklus.

 

Link zur Studie, aus der auch die Bilder entnommen sind: http://www.dvfg.de/fileadmin/user_upload/Downloads_Infothek/Untersuchung_HTW-Saarland-NOx-Pkw-final.pdf

 

Zitat:

* Die geringsten NOx-Emissionen werden bei allen Kraftstoffen bei Betriebspunkten erzielt, die im Betriebsbereich des gesetzlich vorgeschriebenen NEFZ liegen. Außerhalb des NEFZ steigen die NOx-Emissionen ca. um den Faktor 2 bis 5 oder auch höher an, falls das Fahzeug im NEFZ besonders gut abgeschnitten hat.

 

* Die NOx-Emissionen des Dieselfahzeugs sind weitgehend unabhängig vom Betriebsbereich um mehr als das Hundertfache höher als die NOx-Emissionen des Autogas- und des Benzinfahrzeugs.

 

* Autogas- und Benzinfahrzeug liegen bedingt durch die gleichartige ottomotorische Verbrennung und Abgasreinigung mit Drei-Wege-Kat auf einem sehr niedrigen, ähnlichen NOx-Emissionsniveau.

 

* Testsieger ist im Betriebsbereich des NEFZ mit 2 mg NOx/kWh und im Betriebsbereich des RDE mit 10 mg NOx/kWh das Autogasfahrzeug, gefolgt vom Benzinfahrzeug mit 11 mg NOx/kWh im NEFZ-Bereich und 18 mg NO/kWh im RDE-Bereich. Das Dieselfahrzeug liegt in denselben Bereichen bei 512 bzw. 1740 mg NOx/kWh.

 

Anmerkungen neben "mg/kWh als Einheit und nicht mg/km"

 

(a) Warum es beim getesteten LPG-Astra zwei dicht beisammenliegende "Spots" im NOx Diagramm (mg/kWh) gibt hab ich noch nicht verstanden und vor allem nicht, wieso der in einem sehr engen Bereich höher ist als im Benzinbetrieb. Alltagsrelevant sind diese außer bei "Knallgas" sowieso nicht. Leider wurde die Abgastemperatur nicht gemessen, das wäre interessant gewesen um ggf. auftretenden Schwächen (Zündanlage) als Ursache auszuschließen.

 

(b) Den im Benzinbetrieb anfallenden NOx Schwerpunkt bei tiefen Drehzahlen kapiere ich auch nicht. Der 1.4T Astra ist ein Saugrohreinspritzer, inhomogenes Gemisch als Ursache der NOx Werte ist bei tieferen Drehzahlen somit eher nicht zu erwarten.

 

Bedeutet aber:

* Mit LPG kann man berechtigt annehmen, dass die NOx Werte aus dem NEFZ im Alltag tatsächlich eingehalten werden. Wenigstens etwas.

* An den Gedanken, dass über 30 dieser LPG/Otto-Astras nötig sind um die Alltagsemissionen eines einzigen Diesels zu erreichen muss man sich erst mal gewöhnen. Dass die unter höheren Lasten derartig schlecht sind hatte ich befürchtet, aber nicht belegt gefunden.

* Auch bei Autobahn-Vollgas liegen die Ottos in den NOx Emissionen rund Faktor 10 unter denen des Diesels.

 

Anhaltspunkt: Bei Tempomat 160 und 20x Spitze liegen etwa 75% der Nenndrehzahl an. Wind- und Rollwiderstand bedeuten etwa 25-30% Last. Emissionen laut Diagramm: LPG unter 20 mg/kWh, Superbenzin unter 40 und beim Diesel (Nenndrehzahl 3500) gerade mal "500". Autsch.

Hat Dir der Artikel gefallen? 2 von 2 fanden den Artikel lesenswert.

03.06.2011 17:40    |    GaryK    |    Kommentare (62)    |   Stichworte: LPG Grundlagen, LPG im A4

Nachdem ich seit einigen Wochen bereits mit meinem Smartphone (Nokia S60R5) und OBD2 Spass hab, möchte ich euch diesen nicht vorenthalten. Zutaten: Smartphone, OBDSCOPE für recht exakt 10€ und ein Bluetooth Adapter aus China mit ELM Chipsatz (bzw. dessen PIC Kopie, nur der Vollständigkeit halber) für etwa 30€ incl. Versand. Sinn und Zweck der Übung: Dem Steuergerät während der Fahrt über die Schulter schauen. Wer einen Wagen vor 2000 (Benziner) bzw. 2004 (Diesel) hat, der sollte unbedingt schauen ob sein Fahrzeug OBD2 unterstützt. Besitzer älterer Fahrzeuge haben leider verloren. Bei Euro-4 ist OBD2 recht sicher verfügbar.

 

Edit JUN-2014: Wer Youtube gucken mag - https://www.youtube.com/watch?v=5WnM_NsOtd8 .. achtung, das sind alleine Video-Tutorials von etwa 20 min bis hin zu einer Stunde aufwärts, dieses nur als Beispiel. Daher ist dieser Artikel ein "Kondensat" und hat keinesfalls Anspruch auf irgendeine Vollständigkeit ;)

 

mainmenumainmenu messwertemesswerte Nach dem Bluetooth Pairing sieht das ganze so aus wie nebenan gezeigt. Idealerweise sieht man "verbunden", ob Trouble Codes gespeichert sind und ob die MKL an ist. Ok, das würde man auch ohne Blauzahn sehen. Man kann nun zu den Messwerten gehen und schauen, was einem alles angeboten wird. Das schwankt von Fahrzeug zu Fahrzeug, nicht überall sind alle Werte verfügbar.

 

Die Adaptionswerte bzw. "Fuel Trims" als hochinteressante Live-Daten sind Korrekturwerte zwischen der vom Hersteller als Referenz erwarteten Einspritzdauer/Kraftstoffmenge, die das Steuergerät aus den Messdaten des Luftmassenmessers, der Ansauglufttemperatur und Drosselklappenstellung (neben anderen Werten) erwartet und der Dauer, die nach Messung der Lambdasonde über den Regelkreis am Ende effektiv erforderlich wurde. Idealerweise ist diese Korrektur Null. Praktisch schwanken alle Motoren etwas, die Düsen sind nicht perfekt im Bohrungsdurchmesser und auch der Luftmassenmesser hat eine kleine Mess-Unsicherheit. Praktisch liegen diese Langzeitwerte im tief einstelligen Prozentbereich. Positive Werte: Es muss länger eingespritzt werden wie erwartet, negative bedeuten dass verkürzt werden musste. Diese grundlegenden Korrekturen werden in der Langzeit-Korrektur gespeichert, diese ist "immer" anwendbar.

 

Die Kurzzeitwerte oder "Short Term Fuel Trims" sind eine Kurzzeitkorrektur (Überraschung!) und beinhalten zumindest bei meinem Audi die (gewollte) Schwingung der Lambdaregelung. Durch das relativ lange Abtastintervall dieses OBD2-Systems kann man nicht jeden Wert messtechnisch mitbekommen. Wichtig ist etwa die Mitte dieser Schwingung zu erwischen. Auch diese sollte im einstelligen Prozentbereich liegen und sich nicht nennenswert lastabhängig verschieben. Kurzzeitige Abweichungen im zweistelligen Prozentbereich sind auch unter Benzin nicht unnormal. Deswegen immer gucken, was das Auto bei diesem Zustand im Benzinbetrieb macht und obs unter LPG nennenswert abweicht.

 

Deutlich weglaufende Adaptionswerte sind ein Hinweis auf ein kommendes Problem. Eine sterbende Benzinpumpe bzw. versiffte Filter / Düsen sorgen für zu wenig Druck vor der Einspritzanlage (bzw. unter Last wegbrechenden Druck) und damit gibts über die Lambdakorrektur auf einmal positive Adaptionswerte - es muss länger eingespritzt werden. Bei Falschluft durch Undichtigkeiten im Ansaugtrakt bzw. vor der Lambdasonde laufen diese Werte ebenfalls nach oben, denn es wird bei Saugern am Ende zu viel Sauerstoff gemessen, der kompensiert werden will. Bei Leckagen im Turbobereich sind durch Luftverluste auch negative Adaptionswerte möglich. In diesem Fall kommen von z.B. gemessenen 150g/s Luft nur 120 g/s im Brennraum an. Der eingespritzte Kraftstoff war zu viel, es muss weniger werden - die Einspritzzeiten werden verkürzt, Trims werden stark negativ. Wenn beim Sauger zum Beispiel das Tankentlüftungsventil (geht zum Ansaugtrakt) nicht richtig schließt, gehen die Dämpfe aus dem Tank auch in den Ansaugtrakt, dann laufen die Werte nahe Leerlauf (höchster Unterdruck) ggf. deutlich ins Minus.

 

livescreen-1livescreen-1 Man kann sich nun eine einzelne Anzeige als Vollbild-Display holen oder wie ich es im folgenden gemacht habe deren sieben auf einen Streich. Als Saug-V6 Fahrer hab ich zwei unabhängige Bänke und daher kann man sich die Lanzeit- und Kurzzeit-Adaptionswerte beider Bänke auf den Schirm holen. Dazu fand ich das Lambda der beiden Bänke ganz interessant, vor allem da mein Wagen eine Breitband-Sonde verbaut hat. Man sieht also sehr gut wann wie sehr angefettet wird um die Abgastemperatur im Griff zu halten. Wenn lambda=1 verlassen wird ist zudem die Reinigungsleistung des Katalysators im Eimer, ab diesem Zeitpunkt mutiert jeder Benziner zur "Drecksau". Nicht ganz so schlimm wie die Diesel mit Sommersmogrelevanten NOx Emissionen, aber Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe müssen auch nicht unbedingt sein. Bei LPG/Erdgas sind zumindest die Kohlenwasserstoffe leidlich harmlos.

 

livescreen-3livescreen-3 Auf dem Hauptdisplay (als große Zahl, Chart mit MIN/MAX Speicher bzw. als Balken-Diagramm) kann jeder sich Parameter wie Zündzeitpunkt, GPS Geschwindigkeit (falls verfügbar), Geschwindigkeit wie OBD2, Motortemperatur und andere Werte holen. Jederzeit kann einer der "kleinen" Werte aus der rechten Hälfte mit dem Finger ins große linke Feld gezogen werden um sich dort z.B. den zeitlichen Verlauf anzusehen. Min/Max Werte der Charts sind editierbar um eine bessere Höhen-Auflösung zu bekommen. Bei manchen Werten kann man auch zwischen verschiedenen Einheiten umschalten. Beim Verbrauch zwischen l/h, l/100km und km/l. Beim Lamba steht das "Lambda", das "A/F Ratio" und das Equivalence Ratio Phi (Fuel/Air) zur Verfügung, die Geschwindigkeit kann in m/s, km/h und mph angezeigt werden.

 

Wozu ist das ganze gut? Als Gasfahrer kann man nun live Adaptionswerte bestaunen und gucken, ob diese beim Umschalten von Gas zurück auf Benzin auf einmal einen Wanderpokal gewinnen wollen. Dies ist neben völlig kaputten Langzeit-Trimwerten ein gutes Anzeichen einer lausigen Abstimmung. Zudem lässt sich kontrollieren, ob sich die Adaptionswerte bei Gas anders verhalten wie bei Benzin. Ja, die schwanken und nein, die sollten nicht ganz woanders liegen. Bei meinem liegen diese Langfrist-Werte durchaus im Bereich +/-5%, das ist also völlig ok. Bei Volllast durch eine tendenziell leichte Schutzanfettung etwas im negativen, im Normalfall irgendwo stabil bei +/-3%. Die leichte Abweichung der Bänke untereinander hab ich übrigens auch unter Benzin. Im Zweifel bitte schauen, was der Wagen auf Benzin macht bevor man panisch den nächsten Umrüster beleiert und ihm Pfusch unterstellt. Wenn man allerdings je nach Last satt zweistellige Trimwerte hat, so kann man mittels Screenshot bzw. Datenlog sehr gut zeigen wo die Abstimmung suboptimal ist und seinem Umrüster aufs Dach steigen. Beim Spruch "da muss sich das Steuergerät noch einlernen" ist physische Gewalt allerdings angezeigt. Aufgabe der Abstimmung ist es, dass es eben keinen nennenswerten Unterschied zwischen Gas- und Benzinbetrieb gibt. Hier trennt sich die Spreu vom Weizen. Sollte das Steuergerät der Gasanlage ans OBD System angeschlossen sein (wie manche Öcotec, KME) ist der Diagnose-Port übrigens blockiert, dann ists nix mit "auslesen". Ein guter Grund diese Art der Anbindung einer Gasanlage zu unterlassen.

 

Weiterhin kann man die Umschalttemperatur unter Gas mit der Motortemperatur vergleichen. Ein Thermofühler, der mehr den Fahrtwind wie das Kühlwasser misst, wird im Winter zu unnötig langen Umschaltzeiten führen. Wer den Motor auf 60° hat und noch nicht auf Gas fährt, der hat in der Regel einen Fehler in der Verdampfereinbindung bzw. Temperaturmessung.

 

Was kann man noch? Man kann z.B. die echte Motortemperatur bestaunen und nicht das "ich zeig dir 90°C, also alles ok" im Kombiinstrument. Dies kann man nutzen um z.b. einen hängenden Thermostaten etwas früher zu sehen wie eigentlich üblich. Apropos üblich, die übliche Tachovoreilung lässt sich auch ermitteln. So ist z.B. die von den ABS Sensoren abgeleitete Geschwindigkeit wesentlich dichter an der GPS gemessenen Geschwindigkeit wie die auf dem Tacho angezeigte. Bei meinem Nokia mit internem GPS kann man sich auch GPS gegen OBD Geschwindigkeit auf den Schirm holen. Über 10 km/h Voreilung sind nicht zwingend eine Meßungenauigkeit, das ist bei Audis dieser Baujahre "Absicht". So darf man sich nicht wundern wie sparsam und schnell der Wagen ist, wenn man real rund 10 km/h langsamer fährt wie vermutet. Tacho 250 zu GPS gemessenen 238 würden real immerhin einem Leistungsunterschied von (250/238)^3 und damit 15% entsprechen! Die Luftmasse lügt weniger, meistens streuen Sauger deutlich nach unten. Meinem dürften nach 150.000 km bereits 10% zur Nennleistung fehlen.

 

livescreen-2livescreen-2 Apropos Luftmasse (162g, siehe nebenstehendes Bild), diese Software bietet auch eine Leistungsmessung an. Allerdings ist diese bei meinem A4 ziemlich für die Füße. Die aus wahrscheinlich der Luftmasse und dem Lambda abgeschätzten Newtonmeter (stehen für Neugierige auch als Live Daten incl. Chart zur Verfügung) und die aus diesem Drehmoment wiederum abgeleitete momentane Motorleistung passt bei meinem Audi nicht wirklich, diese Werte sind deutlich zu niedrig.

 

Wahrscheinlich liegt das daran, dass meiner keinen MAP Druck bereitstellt und als Fünfventiler einen höheren Druck im Ansaugtrakt bereitstellt wie der interne Schätzwert des OBDScopes für den statistisch zu erwartenden Vierventiler vermutet. Wer einen Turbo nebst MAP Sensor sein eigen nennt, der wird hier hoffentlich sinnvollere Werte ermitteln können - sofern diese per OBD2 exportiert werden. Der Luftmengenmesser spuckt bei mir bis zu 170 g/s als Maximalwert aus, was für 220PS und 150.000 km noch akzeptabel ist. Auf dem Screen sieht man zum Zeitpunkt des Screenshots 162 g/s, das war ca. bei 6000 UPM knapp vorher. Das Lambda dort ist mit knapp über 0.82 reichlich "fett", auf beiden Bänken quasi gleich, passt also, bin erfreut. Weniger erfreulich ist der Momentanverbrauch, der lag bei etwa 33l / 100km.

 

 

Zudem lässt sich gut messen, ob der Massen-Sensor noch alle "Nadeln an der Tanne" hat. Mit falschen Luftmassenwerten sind die TRIM Werte beim Benziner meistens auch für die Füße bzw. die Luftmasse steigt trotz steigender Drehzahl nicht mehr weiter an. Das im Fehlerfall prophylaktische "wir wechseln mal den LMM" für rund 150€ kann man sich ggf. schenken. Alleine hierdurch rechnet sich das OBD Scope ziemlich gut.

 

OBDScope unterstützt auch eine Loggingfunktion. Wer mag kann also fahren, den Wagen ein paar mal hochscheuchen und hinterher in ruhe gucken, was beim Luftmengenmesser maximal durchgegangen ist bzw. wie warm der Motor so wird. Das ist vor allem interessant, wenn der Wagen ab und zu etwas zickt. Mehr wie "um wieviel Uhr war das Gezicke" braucht man sich dann nicht zu merken. Ein "Freundlicher" wird bei diesem Engagement nicht erbaut sein, aber eine leidlich detaillierte Fehlerbeschreibung nebst OBD2 Logdaten spart bzw. verkürzt ggf. eine Meßfahrt bzw. sensibilisiert diesen Spezialisten für bestimmte Phänomene.

 

Mein fazit: Thumbs up. Das Ding hier kann einen preiswerten OBD2-Reader wie den Creader-V nicht ersetzen. Diese China-Teile sind bei der Kommunikation laut Web ziemlich "Glückssache", während die Handhelds wie Creader recht zuverlässig Kommunikation aufbauen können. Aber das Teil ist ein sehr nettes Gimmick und ergänzt sich prima mit einem Standalone-Gerät. Schön ist, dass man OBD Scope als Testinstallation eine Woche ab Installationszeitpunkt nutzen kann. Sollte der China-Kram also nicht am eigenen Auto gehen, so hat man wenigstens die paar Euro für die Software gespart.


18.12.2010 23:45    |    GaryK    |    Kommentare (88)    |   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.

 

Dass LPG halten "kann" zweigt https://www.motor-talk.de/.../...edback-zum-tollen-wagen-t6107489.html eindrucksvoll: Fast 800.000 km unter LPG, allerdings auch pfleglich gefahren bzw. behandelt. Vor allem pfleglich warmgefahren UND Langstrecke obendrauf. Wenn LPG so "böse" und "brennt heiß" wäre wie es manche machen - die Chance läge bei Null diese Laufleistungen zu erreichen.


18.12.2010 23:05    |    GaryK    |    Kommentare (202)    |   Stichworte: LPG Grundlagen

So, kommen wir nun zum ersten Teil der Neverending-Story "Gas brennt heißer" und der Ausrede Nummer eins (fast) aller Umrüster, sollte doch mal was am Motor kaputt gehen.

 

Hier wird es leider/glücklicherweise etwas theoretisch, aber ich versuche das ganze so einfach wie möglich zu formulieren. Bei der Frage wie "heiß" Gas brennt müssen wir zwei Fälle betrachten. Zum einen die Temperatur der Flamme an sich (quasi eine "Naturkonstante"), zum anderen die Temperatur der Gase im Motor. Durch die Druckwechsel des Kolbens ist letzte nämlich vom Zeitpunkt abhängig, dazu später.

 

Bei der "normalen" Flamme ist die maximale mögliche Temperatur die adiabate Flammentemperatur. Adiabat bedeutet, es wird keine Wärme mit der Umgebung ausgetauscht und die komplette Energie der Verbrennung wird in die Temperaturerhöhung der Brenngase gesteckt. Diese Temperatur ist nur vom Energieinhalt des Brennstoffs und der Sauerstoffkonzentration der Luft abhängig. An letzter kann man kaum was ändern, alle Motoren saugen die selbe Luft an.

 

Die Verdampfung des Kraftstoffs hat einen kleinen Einfluss auf die Spitzentemperatur. Dieser liegt allerdings nur im Promillebereich. Propan z.B. braucht 16 kJ/mol um zu verdampfen, setzt aber bei der Verbrennung 2200 kJ/mol frei. Das sind 7 Promille Energieverlust für die Verdampfung, diese kann man getrost in den Skat drücken. Isooktan verhält sich als "Benzin" ähnlich: 35 kJ/mol Verdampfungsenthalpie auf 5426 kJ/mol Verbrennungswärme sind 6,4 Promille. Bei Alkoholen ist die Kühlwirkung hingegen ca. vier mal höher wie bei LPG oder Benzin. Dort werden zum Verdampfen 42 kJ/mol gebraucht, während bei der Verbrennung dieses kurzen Moleküls nur 1366 kJ/mol frei werden. 3%, das ist eher ein Wort. Wenn etwas spürbar heißer brennt ist die Verdampfung des Kraftstoffs also erstmal nicht der hauptverdächtige Verursacher.

 

Eine Übersicht der adiabaten Flammtemperaturen und etwas Hintergrund ist der englischen Wikipedia zu entnehmen, siehe http://en.wikipedia.org/wiki/Adiabatic_flame_temperature . Man kommt ziemlich schnell auf den Trichter, dass die meisten Brennstoffe in der Luft ähnlich heiß verbrennen. Im Folgenden eine Grafik aus einer Veröffentlichung: Society of Automotive Engineers Paper 2004-01-2936, Molecular Structure Effects On Laminar Burning Velocities At Elevated Temperature And Pressure.

 

Flammtemperatur vs. FlammgeschwindigkeitFlammtemperatur vs. FlammgeschwindigkeitIn dieser Abbildung ist die adiabate Flammentemperatur gegen die Flammgeschwindigkeit bei Umgebungsbedingungen (Raumtemperatur, Normaldruck) aufgetragen. Man sieht ganz gut, dass die "kältesten" Brennstoffe im linken Bereich Alkohole sind. Das wundert nicht, denn im Alkohol ist bereits ein Kohlenstoff 'etwas' mit Sauerstoff versehen und damit teil-oxidiert, das kostet Energie und damit Spitzentemperatur. Die heißesten Brennstoffe rechts sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie Aromaten und Alkene. Dies liegt daran, dass die Verbrennung von Kohlenstoff je Atom mehr Energie freisetzt wie die von Wasserstoff. Aufs Gewicht bezogen macht Wasserstoff dieses Manko jedoch mehr als wett.

 

Stöchiometrie (EN-Wikipedia)Stöchiometrie (EN-Wikipedia)Zudem hat die verfügbare Luftmenge Einfluss auf die Flammentemperatur. Zu viel Luft und es wird sinnlos überschüssige Luft erwärmt. Zu wenig Luft und es verbrennt nicht alles. Es entsteht CO statt CO2, dieses CO setzt deutlich weniger Energie frei wie per vollständiger Verbrennung zu CO2 maximal möglich wäre. Die höchsten Temperaturen hat ein Brenner daher bei Lambda=1. Klingt logisch, beantwortet aber nicht die Frage wieso ein Motor bei Magerlauf und damit theoretisch kälterer Flamme trotzdem Überhitzungsschäden aufweisen kann. Bis hierhin wissen wir, dass die Flamme selbst bei Lambda=1 am heißesten ist, nahezu nicht vom Kraftstoff abhängig ist und es nahezu egal ist, ob flüssig oder gasförmig eingespritzt wird. Wir wissen aber auch, dass Magerlauf Motoren sehr zuverlässig tötet.

 

Leider ist der Motor nicht ganz so einfach. Wir betrachten nämlich keinen Bunsenbrenner, sondern einen Kolbenmotor. Wesen des Kolbens ist, dass dieser zyklisch hoch und runter fährt. Dabei wird das Gemisch mit typisch 9 bis 11 zu 1 verdichtet und gezündet. Druck und Temperatur verändern sich wenn komprimiert und gezündet wird. Wenn man eine Luftpumpe unten zupresst und komprimiert, dann wird das Gas innen durch den Druck heiß. Und exakt am komprimierten / heißen Punkt kommt die Verbrennungswärme durch Zündung dazu und heizt dieses Gas um ca. 2000°C zusätzlich auf. Das bringt erst den Druck auf den Kolben und damit die Kurbelwelle. Wobei die Verbrennung in Form einer (relativ langsamen) Flammenfront läuft und nicht "detonativ" ist. Detonativ ausbreitende Zündungen wären übrigens das Hochgeschwindigkeitsklingeln bei Motoren.

 

Die Flammengeschwindigkeiten sind endlich und bestimmen zusammen mit der adiabaten Flammentemperatur, wie heiß es im Brennraum bei einer idealen Zündung kurz hinter dem oberen Totpunkt (also im Maximum) werden kann. Vereinfacht gesagt: Eine schnelle Flamme sorgt dafür, dass das Gemisch weit oben während der Kompression durchbrennt, eine sehr langsame würde dem nach unten fahrenden Kolben hinterherlaufen und weniger Druck aufbauen können. Druck und Temperatur hängen bei einem Gas zusammen. Damit brennt eine schnelle Flamme oben lokal heißer. Bei der langsamen Flamme bewegt sich der Kolben bereits wieder nach unten, daher ist die Temperaturspitze nahe des oberen Totpunkts geringer. Klingt "cool", ist es aber ganz und gar nicht.

 

KolbendruckverlaufKolbendruckverlaufWenn eine Kompression eine Erwärmung ist (siehe Luftpumpe), dann ist eine Expansion im Umkehrschluß auch eine Abkühlung. In einem idealen Motor ist die Flamme dann durchgebrannt und hat vollen Druck entwickelt, wenn der Kolben etwa 10-20° nach OT steht. Das heißt, der Kolben ist weit oben, man hat richtig Temperatur und damit Druck, zugleich einen guten Hebel an der Kurbelwelle um diesen Druck mit ordentlich Hebelkraft auf die Kurbelwelle zu stemmen. Ist die Druckspitze früh und zu weit oben drückts längere Zeit und zudem zunächst senkrecht auf die Kurbelwelle, das belastet eher die Lager. Der nebenan gezeigte Druckverlauf als Funktion des Kurbelwellenwinkels wurde der Publikation Energy Conversion and Management 46 (2005) 2317–2333 entnommen. Wir sehen also, dass es stark auf die Abbrandgeschwindigkeit ankommt wenn man die Frage beantworten will "wie heiß ist es im Brennraum bei welcher Position des Kolbens". Und zudem stellt sich immer noch die Frage, wie sich eine Änderung des Gemisches auf die Abbrandgeschwindigkeit auswirkt.

 

druck-zeitkurvedruck-zeitkurveSchauen wir uns dazu einen Kraftstoff in einer nicht verformbaren Brennkammer an. Leicht erhöhte Temperatur und etwas Druck, dann wird gezündet. Mittels Hochgeschwindigkeits-Drucksensoren kann man nun den Druckverlauf als Funktion der Zeit messen und darüber die Flammengeschwindigkeit in der Kammer errechnen. Gemeinerweise wird in der Literatur meistens das "Phi" des Fuel/Air Ratios statt des Lambda (Air/Fuel) aufgetragen. In dieser Publikation und nebenstehenden Bildern bedeutet eine Zahl größer eins nicht "mager", sondern "fett". Eine magere Flamme brennt wie auf den Diagrammen zu sehen deutlich langsamer wie eine fette, die höchste Flammgeschwindigkeit (steilste Kurve) liegt irgendwo bei Lambda 0.8 bis 0.9 auf der linken Seite. Wenig erstaunlich hat ein Benzinmotor in diesem Bereich seine höchste Leistung. Die langsamen Flammen rechts sind folglich im deutlich mageren Bereich. Damit festzuhalten: Mager bedeutet langsamer Abbrand, fett einen Schnellen. Deutlich zu fett verlangsamt wieder die Flamme, zudem kostet es auch Maximaltemperatur und damit sinnlos Sprit.

 

Flammgeschwindigkeiten verschiedener "Kraftstoffkomponenten" unter erhöhten Drücken und Temperaturen sind in den folgenden Abbildungen dargestellt, Quelle ist wieder die o.g. Publikation der Society of Automotive Engineers. Kurzfassung: bei Phi gleich 1 liegen Benzinkomponenten wie längere und isomerisierte Alkane genau wie substituierte Aromaten und der früher gängige Oktanbooster MTBE etwa bei 60 cm/s. Methan hat die selbe Größenordnung, während Propan und Butan bei etwa 70 cm/s liegen und Ethanol ganze 85 cm/s auf die Beine stellt.

 

Randbemerkung: Turbulente Flammgeschwindigkeiten entstehen durch Ausgleichsbewegungen heißer Gase im Brennraum und sind deutlich höher im zweistelligen m/s Bereich, aber die laminare Geschwindigkeit ist eine Art "mikroskopische Grundlage" des Verbrennungsvorgangs. Deswegen bleibe ich bei diesen Daten. Die maximale Kolbengeschwindigkeit ist wesentlich durch die Flammgeschwindigkeit begrenzt. Aktuelle "Rennmotoren" wie Porsche GT3 oder eine BMW S1000R erreichen etwa 22 m/s, während kräftige Alltagsmotoren wie (m)ein Audi V6, ein x30er BMW bei etwa 19-19.5 m/s liegen. Ein 20 Jahre alter Ford Fiasko liegt bei etwa 16 m/s.

 

 

Flammgeschwindigkeit GaskraftstoffeFlammgeschwindigkeit GaskraftstoffeFlammgeschwindigkeit AromatenFlammgeschwindigkeit AromatenFlammgeschwindigkeit  OxigenateFlammgeschwindigkeit OxigenateFlammgeschwindigkeit AlkaneFlammgeschwindigkeit Alkane

 

Man kann sich nun überlegen was passiert, wenn es zu früh oder zu spät zündet. Bei zu früher Zündung oder schneller Flamme wird sich die Druckspitze nach links bewegen und schlimmstenfalls vor dem OT fertig sein. Damit arbeitet die Druckspitze der Kurbelwellenbewegung sogar zunehmend entgegen. Passiert u.a. beim "klingeln" wenn sich die Druckwelle im Brennraum schneller als erwartet (weil detonativ) ausbreitet. Zudem steigen Spitzendrücke und Temperaturen, was bei nicht ausreichend klopffesten Kraftstoffen zu detonativer Verbrennung führt. Derartige Schläge mag kein Lager, das zerlegt recht sicher den Motor.

 

Ist die Flamme langsam und/oder wird zu spät gezündet, dann rennt diese dem Kolben hinterher. Eine hinterherrennende Flamme hat einen geringeren Spitzendruck im Brennraum und somit zunächst weniger Drehmoment. Die Spitzentemperatur ist durch den geringeren Spitzendruck ebenfalls niedriger. Das klingt erstmal nach "gut" weil "kalt". Aber diese langsame Verbrennung hat einen ganz hässlichen Einfluss auf die Abgastemperatur. Das ist die Temperatur, die Auslassventile, Ventilsitze, Krümmer, Katalysator und ggf. den Turbo "grillt".

 

Wenn eine Kompression eine Temperatuerhöhung ist, so ist die Expansion durch den nach unten laufenden Kolben eine Abkühlung. Und diese kommt bei langsamen Flammen sehr spät. Weiter im nächsten Teil - dort wird erklärt, wieso eine magere Verbrennung "obenrum" kalt und am Auslass trotzdem heißer ist.


17.12.2010 19:43    |    GaryK    |    Kommentare (1)    |   Stichworte: LPG Grundlagen

Und nun kommen wir zur vollsequenziellen Anlage. Diese heißt vollsequenziell, weil die Gasanlage dem Benzinsteuergerät vollständig nachfolgt und kein eigenes Kennfeld mehr benötigt. Damit wird durch die Anlage nur noch sichergestellt, dass die zu einer Benzinmenge und damit Benzineinspritzdauer X gehörige Gaseinblasdauer Y bereitgestellt wird. Dabei entspricht die stöchiometrische Menge Benzin X der von Gas Y. "Details" wie Lambdaregelung, Lastanfettung und was alles dazugehört ist und bleibt Aufgabe des Benzinsteuergerätes. Aufgabe des Gassteuergerätes ist es lediglich, das Benzinsteuergerät nicht merken zu lassen, dass der Wagen gerade mit was anderem als dem teuren Superbenzin läuft.

 

schema-gasanlage-prinsschema-gasanlage-prinsWie aus dem Prins Schema zu erkennen ist hat jeder Zylinder sein eigenes Einblasventil. Dieses muss möglichst dicht am Benzineinspritzventil liegen und darf nicht irgendwo "in der Pampa" einblasen.

 

Warum ist auch leicht zu verstehen. Ein Kolben bewegt sich, damit bewegt und schwingt Luft im Ansaugtrakt. Schwingung bedeutet Luftdruckänderung und Systeme sind an den Enden bezüglich des Gegendrucks festgelegt. Stichwort Schwingung und offenes bzw. geschlossenes Ende, da haben Ansaugtrakte und Schaltsaugrohre erstaunlich viel mit Orgelpfeifen gemeinsam.

 

Den niedrigsten Druck hat man in der Nähe des Einlassventils wenn der Kolben mit Schwung nach unten saust, den höchsten ganz am Ende nahe des Luftfilters. Dazwischen kann man je nach Resonanz für wenig garantieren. Einlaufende Druckwellen können am geschlossenen Einlassventil reflektiert werden und zurück laufen, diese schwankenden Gegendrücke im "Niemandsland" sind für die Dosiergenauigkeit der Injektoren gar nicht gut. Bei jeder Düse ist der Fluss proportional zur Wurzel des Differenzdrucks - zumindest bei turbulenter Strömung und da arbeiten diese Injektoren. Daher sollte die Düse reproduzierbare Druckverhältnisse sehen und keine lastabhängig-zufälligen.

 

Zudem muss das Gas bei langen Schläuchen und/oder weit entfernten Eingaspunkten einen längeren Weg bis in den Zylinder zurücklegen. Dazu ist eigentlich nur während der Ladenöffnungszeiten des Einlassventils gute Gelegenheit. Ansonsten gilt: "Du kommst hier nicht rein", warte bis wieder offen ist. Ne dumme Idee wenn man gerade voll aufs Gas steigt und der Kraftstoff chronisch verspätet kommt. Freut vor allem moderne Algorithmen zur Lambdaregelung. Die geht davon aus, dass "jetzt fett" auch ein "fett" bewirkt und nicht "nächstes mal Schatz, ich hab ne lange Anreise."

 

Diese Einblasschläuche dürfen je nach Hersteller etwa 20-30 cm lang sein. Femitec schreibt bei der STAG 300 maximal 20 cm vor, BRC irgendwas unter 40 cm. Der Hintergrund ist relativ einfach zu verstehen: Ein Einlassventil ist theoretisch über eine halbe Kurbelwellenumdrehung geöffnet (Ansaugtakt). Diese Zeitspanne liegt bei 6500 RPM bei etwa 5 Millisekunden. Die Schallgeschwindigkeit in Gasen liegt bei rund 330 m/s, also je Millisekunde etwa 33 Zentimeter. Man will das Gas ja nicht grundsätzlich vor dem sich schließenden Ventil parken, das passiert bei Volllast noch früh genug. Da sind die Einspritzzeiten durchweg länger wie die Einlassventil-Ventilöffnungszeiten. Im alltagsrelevanten Teillastbereich mit mittleren Drehzahlen, gedrosselter Luftzufuhr und damit kurzen Einblaszeiten ists andersrum.


17.12.2010 19:17    |    GaryK    |   Stichworte: LPG Grundlagen

Teilsequenzielle Anlagen wie die Landi Renzo IGS oder BRC JUST HEAVY sind nicht (mehr) so weit verbreitet, aber umgehen direkt zwei Nachteile der Venturitechnik.

 

(a) Man hat keine Düse im Ansaugtrakt, das Gas wird durch einen Gasmengenregler über einen Schlauch direkt vor die Einspritzventile geblasen. Damit entfällt das explosive Gasgemisch hinter der Düse und damit im Ansaugtrakt, ein undichtes Einlassventil kann kein nennenswertes Backfire verursachen.

 

(b) Man kann bei höherer Last kontrolliert anfetten, da die Last nebst sinnvoller Anfettung über einen Drosselklappensensor sowie Drehzahl und Lambdasignal erkannt und damit über ein Kennfeld richtig reagiert werden kann.

 

brc-just-heavybrc-just-heavy landi-renzo-gasverteilerlandi-renzo-gasverteilerDas Schema dieses Anlagentyps ist im beiliegenden Schaubild der Firma BRC gut dargestellt, bezüglich der erforderlichen Komponenten unterscheiden sich die teilsequenziellen von den vollsequenziellen Anlagen nicht großartig. Gas wird in einem Tank gespeichert und drückt sich durch den Eigendruck mit ca 8 bar flüssig in den Verdampfer. Dort wird es zum einen verdampft, zum anderen wird der Druck des Gases auf etwa 2 bar reduziert. Von dort gehts über einen Gasfilter auf das Gasdosierventil, welches sich auf die Zylinder aufsplittet. Dazu wird ein Gasmengenteiler gebraucht, der etwas wie eine Spinne aussieht und das Gas direkt an die Einspritzdüsen leitet. Nebenstehender Teiler stammt von einer Landi Renzo IGS als Vertreter dieser Bauweise. Bei einer vollsequenziellen Anlage hätte jeder Zylinder "sein" eigenes Ventil, siehe Schema der PRINS Anlage im nächsten Beitrag. Benzineinspritzdüsen braucht nun temporär kein Mensch mehr, die werden vom Gassteuergerät auf Lastwiderstände geschaltet (Emulator/Injektormodul). Somit vermisst das Motorsteuergerät nichts wichtiges und wirft keinen Fehler.

 

Die Einstellbarkeit der teilsequenziellen Anlagen ist Fluch und Segen zugleich. Fluch deswegen, weil das Kennfeld erst 'erfahren' werden muss. Der Segen ist, dass man das Gemisch im Gegensatz zu einer Venturianlage quasi zu jedem Lastzustand vorgeben kann - und muss. Damit ist ein falsches Gemisch und ein daraus potenziell resultierender Schaden 'lediglich' Einstellungssache und kein konzeptionelles Problem mehr. Magerlauf (zu wenig Kraftstoff) tötet Motoren, besonders ältere. Warum, das kommt in einem späteren Artikel. Zu fettes Gemisch freut den Motor durch geringere Abgastemperaturen, aber nicht die Abgaswerte. Sowas kostet (unnötig) Kraftstoff und produziert größere Mengen Kohlenmonoxid nebst unverbrannter Kohlenwasserstoffe. Bei LPG mit Propan/Butan halb so wild, bei Ottokraftstoffen mit rund 40% Aromatenanteil eine kleine Sauerei.

 

Die teilsequenzielle Anlage ist genügsam, die braucht nicht mehr als einen Drosselklappensensor und ein Drehzahlsignal. Aus Drehzahl und Drosselklappenstellung wird dann der Gasmengenregler so gestellt, dass das Gemisch passt bzw. passen sollte. Selbst die Lambdasonde ist optional und muss nicht sein, die Lambdaregelung findet im Gassteuergerät statt. Somit lässt sich quasi jeder Rasentraktor mit diesem Anlagentyp und ggf. einer Lambdasonde ausstatten. Probleme mit auskondensierendem Benzin und damit Überfettung wie bei Benzinern (Stichwort "Choke", die Älteren werden sich erinnern) gibts bei Gas schließlich nicht.

 

Der wesentliche Nachteil der teilsequenziellen Anlage ist das neu einzustellende Kennfeld und die Regelstrategie der Lambdaregelung. Einspritzer haben (meistens) ein Motorsteuergerät und in diesem ist ein Kennfeld hinterlegt. Kennfeld bedeutet "Bei der Drosselklappenstellung X und Drehzahl Y spritze bitte Z Millisekunden lang ein". In Kennfelder gehen ein gutes Dutzend Parameter ein, dazu gehört die Motortemperatur, Ansauglufttemperatur, gemessener Luftmassenstrom. Und die Lambdaregelung macht heute auch etwas mehr als stupide etwas gelangweilt zwischen Fett und Mager zu schwingen.

 

Der Hersteller hat dieses Kennfeld und die Regelstrategie nicht aus Jux zwischen Zwölf und Mittagspause erstellt. Zudem adaptieren und verstellen sich die Steuergeräte anhand der gemessenen Lambdasignale in gewissen Grenzen selbst.

 

Wenn also das Benzinsteuergerät ein Lambdasignal bekommt, aber mittels abgeschalteter Einspritzdüsen nicht mehr auf das Gemisch reagieren kann (davon weiss das Benzinsteuergerät nichts), so werden sich die vergeblichen Korrekturversuche bei gravierenden Abstimmungsfehlern in einer Verschiebung des Benzinkennfelds niederschlagen. Im schlimmsten Fall bedeutet es, dass die Karre unter Benzin nicht mehr "gescheit" läuft - das Benzinsteuergerät hätte gerne ein etwas anderes Gemisch wie das Gassteuergerät für richtig hält und korrigiert sich einen Wolf bis es irgendwann am Anschlag ist.

 

Und damit sind wir beim nächsten Anlagentyp. Den vollsequenziellen Anlagen. Denn diese sind ab etwa Euro-3 anzuraten und ab Euro 4 obligatorisch. Zudem brauchts bei der Abstimmung weit weniger Hirnschmalz, damit Zeit, damit ist alles billiger. Und jeder zweite mongolische Landmaschinenschlosser glaubt, diese Anlage einbauen und abstimmen zu können.


17.12.2010 18:55    |    GaryK    |    Kommentare (7)    |   Stichworte: LPG Grundlagen

Bei der Venturi-Anlage wird der Venturi-Effekt ausgenutzt. Wenn ein Fluid schnell über eine Fläche strömt, so sinkt der Druck auf der Fläche. Beispiel Flugzeugflügel - bei dem muss die Strömung oben am Flügel im Vergleich zu unten einen Umweg machen, die Strömungsgeschwindigkeit steigt, der Druck oben sinkt. Drückts oben weniger wie unten nennt man das "Auftrieb". Das erklärt auch, wieso der Flügel um so mehr trägt, je schneller das Flugzeug fliegt.

 

In einem Rohr kann man eine Venturi-Düse einbauen, deren Funktionsprinzip ist ganz gut in der Wikipedia dargestellt. Die Wasserstahlpumpe funktioniert ebenfalls nach diesem Prinzip. Genau wie der Heckdiffusor bei Rennwagen, auch hier wird Strömung unter dem Auto beschleunigt, der Druck unten sinkt und damit wird das Auto von der umgebenden Luft auf die Straße gepresst.

 

Venturi, geregeltVenturi, geregeltLPG VenturidüseLPG VenturidüseDas schöne am Venturi-Effekt ist, dass der Druck proportional zur Geschwindigkeit ist und somit (theoretisch) immer die selbe Kraftstoffmenge dosiert werden kann. Viel Luft, viel Unterdruck, viel zudosiert. Ungeregelte Venturianlagen haben meist nur zwei Stellschrauben: Leerlauf und Proportionalfaktor. Mit erster stellt man eine Mindestmenge ein (Leerlauf), mit letzter stellt man das Lambda ein - also wieviel millibar Unterdruck (und damit Luftmasse) wieviel zudosiertes Gas bedeuten. Schließlich will man nicht für jeden Motor eine maßgeschneiderte Düse fräsen. Bei geregelten Venturianlagen wird das Gemisch mittels eines Schrittmotors nachgeregelt, daher können diese Anlagen bis zu Euro-2 Motoren eingesetzt werden.

 

Erster Nachteil der Venturidüse ist, dass diese nicht ohne Engpass im Ansaugtrakt funktionieren kann, das nimmt dem Motor obenrum im wahrsten Sinne des Wortes die Luft. Bei starken Saugern wirds keiner vermissen, bei einer Nuckelpinne kann und wird das nervig sein.

 

Der zweite Nachteil ist, dass der halbe Ansaugtrakt mit Kraftstoff/Luftgemisch gefüllt ist. Wird ein Einlassventil undicht oder glimmt dort etwas Ruß, dann knallts. Nennt sich Backfire und sollte in einer idealen Welt nicht vorkommen.


17.12.2010 18:53    |    GaryK    |    Kommentare (0)    |   Stichworte: LPG Grundlagen

Moin,

 

ich versuche mit diesem Abschnitt des Blogs technisch und theoretisch sowie anfängertauglich(!) etwas zum Thema LPG/Autogas zusammenzutragen. Und wie üblich fängts mit den Grundlagen an.

 

Vorwort und Warnung:

Da ich selbst kein Umrüster bin und Motorentechnik sowie LPG als Hobby betreibe, bitte ich um Hinweise wenn ich etwas falsch bringe oder (zu) vereinfachende Aussagen zu Verwirrung führen.

 

Damit kommen wir zum Kapitel 1 "wat issn ne Dampfmaschin". Hier geht es um die verschiedenen Typen von Autogasanlagen und wie diese funktionieren. Das meiste ist bereits in der Wikipedia festgehalten, siehe dazu den Artikel über Autogas. Zudem werd ich mich halb wissenschaftlich mit den Temperaturen bei LPG beschäftigen. Ich hab langsam keine Lust mehr alle Nase lang ein "LPG verbrennt heißer" zu lesen. Das ist genau so richtig wie falsch und vor allem eine blöde Ausrede, wenn Auslassventile verbrannt sind und sich ein Meister vor der Verantwortung drücken will.


Der Schuldige

GaryK GaryK

Senior Chaos Engineer

BMW

Mittvierziger, GebrauchtfahrzeugbiszumTüvTod Fahrer.

 

Forenpate / Moderator "Alternative Kraftstoffe, Sportwagen, Rover, BMW"

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. 247 tkm und "Tod durch abgerissene Zündkerze". Bei einer Inspektion. Statt "Kopf ab und ausbohren" geht die eben nach Polen. Die Karre zickte an allen Ecken, aber NICHT wegen LPG. Es sei denn, ein kaputtes Schaltsaugrohr / Schiebedach / Querlenker kommt von dessen negativer Aura.
  • BMW Z4 Coupe E86, 3.0SI, gekauft bei 83.000 km. LPG ist drin, rennt wie Hölle

 

(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.

Besucher

  • anonym
  • Gravitar
  • ThielkeP