Flammgeschwindigkeit LPG bei Magerlauf
N`Abend...
in der LPG-Abhandlung von "GaryK"
http://www.motor-talk.de/.../-gas-brennt-heisser-teil-1-t3028967.html
sind Flammgeschwindigkeits-Grafiken (unter erhöhtem Druck und Temperatur) eingefügt (siehe auch Anhang), wonach LPG bei Lambda1 so bei 0,7m/sec. liegen. Bei Lambda 1.4 aber immer noch bei ca. 0,7m/sec. Erst danach fällt die Flammgeschw. deutlich ab.
Es wird doch immer behauptet, dass LPG bei Magerlauf langsamer verbrennt und damit Temperaturprobleme am Ausslassventil generiert.
Die Grafik in obigem Link kann das aber nicht untermauern.
Ich hatte bei mir den Fall, dass bei Lambda 1,23 im unteren Drehzahlbereich die MKL gelegentlich anging, weil die Regelgrenze der Motorsteuerung erreicht war.
Wenn aber bei Lambda 1.23 (oder noch höher) die Flammgeschw. nicht signifikant sinkt, kann so ein Magerlauf am Ausslass ja auch nicht Schaden anrichten ?!?
Vielleicht kann sich "GaryK" ja selbst kurz äußern...Danke !!
Beste Antwort im Thema
Du irrst 😉
"Bei mir waren ja Lambda 1.23 (Regelgrenze erreicht) im Fehlerspeicher hinterlegt."
Bei dir wurde nicht Lambda 1.23 erreicht, sondern die Verlängerung der werkksseitig erwarteten Einspritzdauer um 23% zwecks erreichen des im Kennfeld abgelegten Lambdas ist nicht ausreichend gewesen. Deswegen Fehler, deswegen wahrscheinlich Notlauf. Im Notlauf fährt man manchmal ohne jede Lambdaregelung mit einem auf Verdacht eingestellten Gemisch.
Lass es beheben, solche Abweichungen sind indiskutabel.
Die Lambdaregelung arbeitet (vereinfacht) etwa wie folgt:
* Gemessen: 30g/s Luftmasse
* gemessen: 3000 UPM
* Blick ins Kennfeld, 5 ms Einspritzdauer, erwartet bei Konstantfahrt Lambda= 1.0, beim Beschleunigen gerne auch 0.8.
--> 5 ms Rein mit dem Zeugs. Gassteuergerät sieht eine Flanke an den Einspritzdüsen ankommend, öffnet die Gasdüse. Signal geht nach 5.0 ms weg, Gasdüse weiss aus dem Mapping, dass Gas = Benzin * 1.1 in dem Bereich ist. Also nach insgesamt 5.5s bzw. 500 ms nach Absinken der Flanke des Einspritzdüsensignals vom Motorsteuergerät macht das Gassteuergerät die Düse zu. Bei einer normalen Abstimmung sieht man zu, dass die Einblasdauer unter Gas etwas länger ist wie die Einspritzdauer unter Benzin. Denn das Gassteuergerät sieht nur Einspritzbeginn und -ende, weiss nicht wieviel ms tatsächlich gefordert sind.
Kraftstoff ist nun drin, ab jetzt ist das Gas- und Motorsteuergerät Zuschauer. Es geht mit Zündung und Verbrennung weiter, nach wenigen Zyklen stellt die Lambdasonde fest "Lamba 1.2 liegt an Herr KaLeu". Das Motorsteuergerät denkt sich "Scheisse, zu mager" und reichert das Gemisch über den Fuel Trim an. Also Multiplikator etwas hoch, so lange bis es passt. Über diese Regeldauer (Messdauer der Lambdasonde plus Regeldauer der Motorsteuerung) fährst du mit einem deutlich zu mageren Gemisch.
Wenn du Konstantfahrt anliegen hast schwingt die Lambdaregelung um den Lambda=1 Wert drumrum, meist irgendwas um +/- 4%. Durch die Speicherfunktionen im Kat ist das Schwingen effektiver wie ganz exakt Lambda=1 zu treffen. Dein Short Trim wird also irgendwo um die Abweichung vom Kennfeld +/- 4% rumturnen. In deinem Beispiel mit 23% Mittelwert wären es 19-27% Trim, das ist vollkommen normal. Um nun nicht jedesmal den Mittelwert der Schwingung von 18% bei Laständerung neu einregeln zu müssen, wird der Mittelwert der Abweichung in den Long Term Fuel Trims gespeichert. Rennen diese über eine bestimmte Grenze, dann kommt vom Motorsteuergerät die Meldung "hier ist was oberfaul: Bring Mich Werkstatt". Zudem sind Details der Lambdaregelung Herstellerabhängig, bei meinem Audi wird die Schwingung der Lambdaregelung auf den Short Trim aufmoduliert. Das muss nicht überall so sein, der Hersteller muss mit seiner Steuerung "nur" die Euro-Norm einhalten.
Rechnerisch gilt auf dem Papier: Einspritzdauer Benzin = Kennfeld_Dauer(Luftmasse, Last, Drehzahl, usw...) * Long_Trim * Short_Trim. Ideal wäre Long und Short bei 0% bzw. exakt 1.00, real ist irgendwas um +/-5%. Die Shorts tanzen praktisch etwas mehr, da diese sämtliche Messungenauigkeiten wie Trägheit und Ungenauigkeit des Luftmassenmessers, Lufttemperatur, Luftdruck, Präzision der Einspritzdüsen usw. mit Einfluss auf Last und Gemisch ausgleichen müssen.
Wenn du per Fuß aufs Gas eine Laständerung machst (Drosselklappe auf) und mehr Luftmasse durchgeht, würden beim nächsten Setpoint von z.B. 60 g/s bei 3000 UPM und Lambda = 0.8 (du beschleunigst) etwa 12.5 ms Einblasdauer anliegen. Diese mit 23% Long Term Trim beaufschlagt wären 15.7 ms. Was bei der Gasanlage mit 10% längeren Einblaszeiten auf 17.4ms Einblasdauer hinausläuft. Mit diesem Einblaswert gehste ins Rennen, die Lambdaregelung schaut wieder obs passt. Mit Glück ja, mit Peck muss wieder korrigiert werden.
Deswegen ist es reichlich scheisse, wenn eine Gasanlage oben zu mager und unten zu fett läuft (oder andersrum). Bei starken Laständerungen regelt das Ding dann von stark positiven auf stark negative Werte ein, das kann bis hin zu Fehlzündungen gehen. Besonders hässlich bei vielen Lastwechseln, da stimmt das Gemisch eigentlich nie. Und das belastet auch "gehärtete" Ventile auf Dauer, von kaputten Abgaswerten ganz abgesehen. Nein, die sieht man NICHT in einer AU.
Deswegen schaut der Umrüster oder jeder technisch halbwegs interessierte Laie (wie ich) bei aktuellen Autos mit Euro-4 per OBD2 rein, was diese Trimwerte bei wenig und bei viel Last machen. Bis Euro-3 haben übrigens viele Autos nur eine Lambdasonde, meist eine Sprungsonde und diese kann technisch nur "kleiner oder größer Lambda=1" messen. Lambda 0.97 beim Beschleunigen statt der angepeilten 0.8 ist für die Sonde nicht sichtbar, das sieht niemand. Und die Korrekturzeiten sind ebenfalls länger, da die Einblasdauer so lange korrigiert werden bis der Wechsel von Lambda < 1 auf > 1 "gesehen" wird. Wenn man dann 23% durch Schrottabstimmung daneben liegt dauert das etliche Umdrehungen. Beim Beschleunigen liegt dann "open Loop" an, dort wird Blind einfach ein Stellwert gefahren. Kannst nur hoffen, dass das leidlich passt.
Andere Fehlermöglichkeit: wenn Düsen stark untereinander abweichen ... dann läuft ein Zylinder chronisch zu mager und andere im Ausgleich chronisch zu fett. Der magere verbrennt auf Dauer trotz perfekter Trimwerte. Das ist bei stark streuenden "selbstgebohrten" Billiginjektoren oder ignoriertem Siff / fehlender Wartung irgendwann nicht mehr zu vermeiden. Jeder in die Abstimmung investierte Euro lohnt sich auf Dauer.
Was echte Schichtladung angeht: Klappt mit LPG nicht. Schichtladung setzt voraus, dass ein Gemisch lokal um die Kerze bewusst fett, aber global gesehen mager ist. Die Schichtladung ist nur im Teillastbetrieb aktiv (siehe deine Grafik) und somit nur bei tiefen Drehzahlen und überschaubaren Lasten. Damit ist die Abgasmenge überschaubar, über diese auch die mögliche thermische Belastung der Auslassventile. LPG kann bestenfalls homogen Mager. Zudem bedeutet "tiefe Drehzahl" auch, dass für die Verbrennung eigentlich viel Zeit verfügbar ist. Reicht die Zeit um das Gemisch bei im Mittel hoher Kompression zu verbrennen, dann expandiert es noch sauber und kühlt dabei ab. Kritisch wird es wenn der Kolben schneller expandiert wie das Gemisch verbrennen kann. Dann gehts heiß her. Das heißt auch: Abstimmungsfehler sind "obenrum" am kritischsten.
6 Antworten
Ein Abfall der Flammgeschwindigkeit im mageren hat nicht nur LPG, das hat annähernd jeder normale Kraftstoff. Zudem ist Lambda 1.4 gleich ein Phi von 1/1,4 und damit 0,71 ... das ist recht langsam. Du musst also auf der anderen Seite der Kurve gucken, da wo es nicht so hoch ist 😉 Extrapoliert mit aller Vorsicht etwa 0.4 m/s bei LPG und etwa das selbe bei Aromaten und selbst beim eigentlich schnellen Alkohol, die zusammen rund 50% des Superbenzins ausmachen. Das ist beides suboptimal langsam.
Du musst zudem zwischen der laminaren und turbulenten Flammgeschwindigkeit unterscheiden. Im Motor hat du starke Konvektionsbewegungen, die es so in der statischen Brennkammer vor allem anfänglich nicht gibt. Daher muss man etwas vorsichtig bei der Interpretation der Ergebnisse sein. Sonst würden "Thumble-Klappen" nicht funktionieren. Gleiche Geschwindigkeiten in der statischen Kammer legen durchaus ähnliche Abbrandraten im Zylinder nahe, sind jedoch keine Garantie. Ein Abgasthermometer wie die Flieger hast du leider nicht.
Regelgrenze überschritten heißt, dass deine Motorsteuerung zu weit korrigieren muss um das Lambda zu treffen. Das Lambda hat annähernd gepasst, eben nur um etwa 20-40% vom Wert weg, den dein Motorsteuergerät hinterlegt hat. Das ist kurzfristig kein Thema, aber auf Dauer hässlich. Zum einen gehen deine Abgaswerte sonstwo hin, zum anderen belasten die Zyklen bis das Lambda stimmt entweder deine Ventile (mager) oder den Geldbeutel (fett). Und wenn die Abstimmung ganz für die Füße ist, dann haste oben zu fett und unten zu mager, was für richtig lange Regelzeiten sorgt.
Vielen Dank für deine ausführliche Antwort !!
Nun hab`ich`s verstanden, ich habe das Zeichen für phi mit dem für Lambda auf die Schnelle verwechselt bzw. war mir nicht präsent...
Gibt es eigentlich irgendwelche verifizierte Messungen für signifikante Temperaturerhöhung im Auslass bei Lambda >1 ?
Ich kenne nur eine Untersuchung der FH Osnabrück, wonach bei einem A-Klassemotor bis Lambda 1 die Auslasstemp. bei LPG sogar etwas unter Benzin liegt.
Über >Lambda1 wird nix berichtet...
Die Auslasstemperatur dürfte auch bei Magerbetrieb jedoch von Motor zu Motor etwas differieren, je nach Gemischbildung (Turbo, Valvetronic, konventionelle Drosselklappe etc.) ?!?
Solche belastbaren Daten suche ich selbst, würde die gerne einbinden. Als Funktion der Gemischbildung wirste das erst recht nicht finden. Jeder Hersteller muss bis mindestens 120 km/h und dem Ende des NEFZ Abgaswerte einhalten. Was dazu führt, dass du bis zu diesem Speed garantiert Lambdaregelung hast und eine "optimale" Gemischbildung. Selbst wenn die Zeit für saubere Gemischbildung unter Benzin nicht reicht, unter Gas mit der hohen Diffusionsgeschwindigkeit ist das nahezu IMMER ok. Siehe http://data.motor-talk.de/.../stickoxide-7779844204246110554.jpg ... bei "Gasoline" geht NOx ab ca 3000 Touren hoch, bei Propane nicht. Klares Indiz für beginnend inhomogene Gemischbildung des Benziners mangels verfügbarer Verdampfungszeit.
Mich würde auch interessieren, was ein Diesel bei rund 80% seiner Höchstgeschwindigkeit als gängiger Reisegeschwindigkeit an NOx hinten raushaut. Beim Benziner bist du etwa noch bei Lambda=1, die Abgastemperatur sollte durch gleiches Lambda annähernd gleich bleiben. Beim Diesel ist zu erwarten, dass sich das Lambda bereits stark dem Vollgaslambda von etwa 1.3 bis 1.4 annähert, somit massiv erhöhte NOx Werte im Vergleich zum Ottomotor zu erwarten sind.
Bei meinem V6 weiss ich, dass ich bei 200 km/h (von 240) noch lambda=1 habe, ab etwa GPS 205 fettet der langsam an. Der Kat ist knallheiß, aber mit hoher Abgasmenge belastet - trotzdem wird der noch etwas arbeiten. Beim Diesel und NOx gibts keinen kompensierenden Faktor...
Zitat:
Original geschrieben von GaryK
Beim Diesel ist zu erwarten, dass sich das Lambda bereits stark dem Vollgaslambda von etwa 1.3 bis 1.4 annähert, somit massiv erhöhte NOx Werte im Vergleich zum Ottomotor zu erwarten sind.
Naja, beim Diesel ist doch anscheinend alles erlaubt, heilige Kuh in Deutschland !
Nochmal zu den laminaren Flammgeschwindigkeiten: Bei mir waren ja Lambda 1.23 (Regelgrenze erreicht) im Fehlerspeicher hinterlegt.
Entspricht statt ca. 0,7m/sec. bei Lambda1 so ca. 0,5m/sec.
Auf Benzin bei Lambda1 sind`s ja auch nur ca. 0,6m/sec.
Ich interpretiere das was du dazu in deinem ersten post erläutert hast so, dass dies temporäre einzelne Betriebspunkte/Zyklen sind, die nach einer kurzen Regelzeit wieder angepasst sind.
Kann Lambda 1.23 bei diesen einzelnen Betriebspunkten/Zyklen bei relativ gemäßigter (aus meiner Sicht) Flammgeschwindigkeitsreduktion von ca. 0,5m/sec. schon die gehärteten Auslassventile und Sitze über Gebühr belastet haben ?
Wenn ein BMW-Ventil abraucht wie in einem anderen aktuellen thread, müsste m.E. schon ein weit gewichtigerer Magerlauf (1.4 ?) stattgefunden haben mit blinkender MKL...?!?
Was ich mich in diesem Zusammenhang frage: Ein FSI läuft ja in bestimmten Punkten ja homogen mit Lambda 1.5 (siehe Grafik).
Was ist denn da mit den Auslassventilen und Sitzen ?
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Du irrst 😉
"Bei mir waren ja Lambda 1.23 (Regelgrenze erreicht) im Fehlerspeicher hinterlegt."
Bei dir wurde nicht Lambda 1.23 erreicht, sondern die Verlängerung der werkksseitig erwarteten Einspritzdauer um 23% zwecks erreichen des im Kennfeld abgelegten Lambdas ist nicht ausreichend gewesen. Deswegen Fehler, deswegen wahrscheinlich Notlauf. Im Notlauf fährt man manchmal ohne jede Lambdaregelung mit einem auf Verdacht eingestellten Gemisch.
Lass es beheben, solche Abweichungen sind indiskutabel.
Die Lambdaregelung arbeitet (vereinfacht) etwa wie folgt:
* Gemessen: 30g/s Luftmasse
* gemessen: 3000 UPM
* Blick ins Kennfeld, 5 ms Einspritzdauer, erwartet bei Konstantfahrt Lambda= 1.0, beim Beschleunigen gerne auch 0.8.
--> 5 ms Rein mit dem Zeugs. Gassteuergerät sieht eine Flanke an den Einspritzdüsen ankommend, öffnet die Gasdüse. Signal geht nach 5.0 ms weg, Gasdüse weiss aus dem Mapping, dass Gas = Benzin * 1.1 in dem Bereich ist. Also nach insgesamt 5.5s bzw. 500 ms nach Absinken der Flanke des Einspritzdüsensignals vom Motorsteuergerät macht das Gassteuergerät die Düse zu. Bei einer normalen Abstimmung sieht man zu, dass die Einblasdauer unter Gas etwas länger ist wie die Einspritzdauer unter Benzin. Denn das Gassteuergerät sieht nur Einspritzbeginn und -ende, weiss nicht wieviel ms tatsächlich gefordert sind.
Kraftstoff ist nun drin, ab jetzt ist das Gas- und Motorsteuergerät Zuschauer. Es geht mit Zündung und Verbrennung weiter, nach wenigen Zyklen stellt die Lambdasonde fest "Lamba 1.2 liegt an Herr KaLeu". Das Motorsteuergerät denkt sich "Scheisse, zu mager" und reichert das Gemisch über den Fuel Trim an. Also Multiplikator etwas hoch, so lange bis es passt. Über diese Regeldauer (Messdauer der Lambdasonde plus Regeldauer der Motorsteuerung) fährst du mit einem deutlich zu mageren Gemisch.
Wenn du Konstantfahrt anliegen hast schwingt die Lambdaregelung um den Lambda=1 Wert drumrum, meist irgendwas um +/- 4%. Durch die Speicherfunktionen im Kat ist das Schwingen effektiver wie ganz exakt Lambda=1 zu treffen. Dein Short Trim wird also irgendwo um die Abweichung vom Kennfeld +/- 4% rumturnen. In deinem Beispiel mit 23% Mittelwert wären es 19-27% Trim, das ist vollkommen normal. Um nun nicht jedesmal den Mittelwert der Schwingung von 18% bei Laständerung neu einregeln zu müssen, wird der Mittelwert der Abweichung in den Long Term Fuel Trims gespeichert. Rennen diese über eine bestimmte Grenze, dann kommt vom Motorsteuergerät die Meldung "hier ist was oberfaul: Bring Mich Werkstatt". Zudem sind Details der Lambdaregelung Herstellerabhängig, bei meinem Audi wird die Schwingung der Lambdaregelung auf den Short Trim aufmoduliert. Das muss nicht überall so sein, der Hersteller muss mit seiner Steuerung "nur" die Euro-Norm einhalten.
Rechnerisch gilt auf dem Papier: Einspritzdauer Benzin = Kennfeld_Dauer(Luftmasse, Last, Drehzahl, usw...) * Long_Trim * Short_Trim. Ideal wäre Long und Short bei 0% bzw. exakt 1.00, real ist irgendwas um +/-5%. Die Shorts tanzen praktisch etwas mehr, da diese sämtliche Messungenauigkeiten wie Trägheit und Ungenauigkeit des Luftmassenmessers, Lufttemperatur, Luftdruck, Präzision der Einspritzdüsen usw. mit Einfluss auf Last und Gemisch ausgleichen müssen.
Wenn du per Fuß aufs Gas eine Laständerung machst (Drosselklappe auf) und mehr Luftmasse durchgeht, würden beim nächsten Setpoint von z.B. 60 g/s bei 3000 UPM und Lambda = 0.8 (du beschleunigst) etwa 12.5 ms Einblasdauer anliegen. Diese mit 23% Long Term Trim beaufschlagt wären 15.7 ms. Was bei der Gasanlage mit 10% längeren Einblaszeiten auf 17.4ms Einblasdauer hinausläuft. Mit diesem Einblaswert gehste ins Rennen, die Lambdaregelung schaut wieder obs passt. Mit Glück ja, mit Peck muss wieder korrigiert werden.
Deswegen ist es reichlich scheisse, wenn eine Gasanlage oben zu mager und unten zu fett läuft (oder andersrum). Bei starken Laständerungen regelt das Ding dann von stark positiven auf stark negative Werte ein, das kann bis hin zu Fehlzündungen gehen. Besonders hässlich bei vielen Lastwechseln, da stimmt das Gemisch eigentlich nie. Und das belastet auch "gehärtete" Ventile auf Dauer, von kaputten Abgaswerten ganz abgesehen. Nein, die sieht man NICHT in einer AU.
Deswegen schaut der Umrüster oder jeder technisch halbwegs interessierte Laie (wie ich) bei aktuellen Autos mit Euro-4 per OBD2 rein, was diese Trimwerte bei wenig und bei viel Last machen. Bis Euro-3 haben übrigens viele Autos nur eine Lambdasonde, meist eine Sprungsonde und diese kann technisch nur "kleiner oder größer Lambda=1" messen. Lambda 0.97 beim Beschleunigen statt der angepeilten 0.8 ist für die Sonde nicht sichtbar, das sieht niemand. Und die Korrekturzeiten sind ebenfalls länger, da die Einblasdauer so lange korrigiert werden bis der Wechsel von Lambda < 1 auf > 1 "gesehen" wird. Wenn man dann 23% durch Schrottabstimmung daneben liegt dauert das etliche Umdrehungen. Beim Beschleunigen liegt dann "open Loop" an, dort wird Blind einfach ein Stellwert gefahren. Kannst nur hoffen, dass das leidlich passt.
Andere Fehlermöglichkeit: wenn Düsen stark untereinander abweichen ... dann läuft ein Zylinder chronisch zu mager und andere im Ausgleich chronisch zu fett. Der magere verbrennt auf Dauer trotz perfekter Trimwerte. Das ist bei stark streuenden "selbstgebohrten" Billiginjektoren oder ignoriertem Siff / fehlender Wartung irgendwann nicht mehr zu vermeiden. Jeder in die Abstimmung investierte Euro lohnt sich auf Dauer.
Was echte Schichtladung angeht: Klappt mit LPG nicht. Schichtladung setzt voraus, dass ein Gemisch lokal um die Kerze bewusst fett, aber global gesehen mager ist. Die Schichtladung ist nur im Teillastbetrieb aktiv (siehe deine Grafik) und somit nur bei tiefen Drehzahlen und überschaubaren Lasten. Damit ist die Abgasmenge überschaubar, über diese auch die mögliche thermische Belastung der Auslassventile. LPG kann bestenfalls homogen Mager. Zudem bedeutet "tiefe Drehzahl" auch, dass für die Verbrennung eigentlich viel Zeit verfügbar ist. Reicht die Zeit um das Gemisch bei im Mittel hoher Kompression zu verbrennen, dann expandiert es noch sauber und kühlt dabei ab. Kritisch wird es wenn der Kolben schneller expandiert wie das Gemisch verbrennen kann. Dann gehts heiß her. Das heißt auch: Abstimmungsfehler sind "obenrum" am kritischsten.
Noch mal vielen Dank für deine interessanten und teilw. blumig ausgeschmückte Erläuterungen ;-)
In den sonstigen Foren für LPG sind solche tiefergehende Details halt nicht die Regel...
Natürlich lass ich meine Anlage (Insp.-Termin in 1 Woche) neu anpassen. Meine MKL kommt halt gelegentlich seit Wintergemisch angesagt ist. Wahrscheinlich ist gelegentlich 95/5 im Verkauf.
Anlage wurde halt mit 40/60-Gemisch eingestellt...