Reduktion Abgastemperatur durch Anfettung
Hi,
Durch den Blog von @GaryK meine ich kapiert zu haben wie Anfettung die Abgastemperatur reduziert (höhere Abbrandgeschwindigkeit und damit länger Zeit zum abkühlen. P1/T1= P2/T2).
Das passt auch 100% zum Effekt das Motoren nach dem Tunen gerne die Kolben wegschmelzen wenn die Injektoren verkokt sind (zu wenig Kraftstoff, zu langsame Verbrennung, zu hohe Abgastemperatur, Pech gehabt).
Durch eine Diskussion in einem News Thema bin ich auf diese Seite gestoßen. @Mozartschwarz
Zitat:
Der zusätzlich zugeführte Kraftstoff kann die Verbrennungstemperatur nicht erhöhen, da eine vollständige Verbrennung ja nicht möglich ist; ein Teil der chemischen Energie des Kraftstoffs verbleibt insbesondere im ausgestoßenen Kohlenmonoxid. Die Verbrennungstemperatur nimmt sogar ab (oft um ca. 50 bis 100 Kelvin), da die Verdunstung des Kraftstoffs Wärme verzehrt (? Verdampfungswärme).
Soweit so gut, aber 100 Kelvin sind ja ehr Peanuts (wenn man bedenkt bei welcher Temperatur der Kolben schmilzt und wann er noch genug Festigkeit hat um 100PS rauszuhauen).
Zitat:
Die Flammengeschwindigkeit wird mit angefettetem Gemisch etwas höher. Dies kann beim Betrieb mit hohen Drehzahlen nützlich sein, wo wenig Zeit für die Verbrennung zur Verfügung steht.
WTF!?!
Der Lambdawert wird ja bei Sportmotoren gerne mal auf 0.8 runtergeregelt um mehr Leistung zu generieren. Das muß doch über schnelleren Abbrand und damit höheren Mitteldruck laufen.
Es gibt zwar alles im Internet nachzulesen, allerdings ist da auch sehr viel Käse dabei.
Könnte mich dahingehend mal bitte jemand erleuchten (aber bitte keiner der das vorher googeln muß 😉).
Grund der Diskussion war wieder mal LPG. Daß Benzin hier durch Verdunstung auch etwas zur Temperaturreduktion beiträgt bezweifle ich nicht, der Hauptteil sollte doch aber über die Abbrenngeschwindigkeit laufen.
Vielen Dank!
Gruß Metalhead
Beste Antwort im Thema
Es geht um beides. Je schneller der Abbrand, desto höher ist die lokale Spitzentemperatur, desto kälter wird aber das Abgas durch die bessere Expansion.
Der Effekt "Kühlung durch Anfettung" beruht auf beiden Umständen. Sowohl schnellere Flamme als auch geringere spezifische Energie. Die schnellere Flamme hatten wir schon.
C + O2 verbrennt zu CO2 und das setzte 393 kJ/mol frei (http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?...)
2C + O2 setzt 2CO frei und die haben "nur" jeweils(!) 110 kJ/mol. Siehe http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?... ... also in Summe 220 kJ/mol. Was die Spitzentemperatur in der Flamme etwas herabsetzt (und damit auch den Wirkungsgrad, Kunststück).
Dass die Kolbengeschwindigkeit eine Rolle spielt kann man sich auch ganz einfach ableiten: Wenn ich viel zu spät verbrennen würde und nicht gescheit expandiere, dann hab ich die volle Flammtemperatur anliegen - weils ein Gasbrenner ist. Damit strebt das Verhältnis von Sptitzentemperatur zu Abgastemperatur gegen eins und der Carnot-Wirkungsgrad geht gegen Null.
Auch deswegen haben etliche "jüngere" Sparbenziner wie der kleine 160er Benz sehr reduzierten Kolbenhub bei moderater Drehzahl. Das senkt die Kolbengeschwindigkeit auf komforable 15 m/s bei Nennleistung ab und kommt dem Wirkungsgrad entgegen. Porsche GT3 und die alten Lamborghini Gallardos haben Kolbengeschwindigekiten über 23 m/s und entsprechend besch*** Wirkungsgrade. Obwohl der Gallardo eher ein "Langhuber" ist.
Allgemein kann man bei Leistungsstarken Autos gucken, wie schnell sich der Kolben maximal bewegt (zwei mal Hub mal Umdrehungen/s). Je schneller desto "zickiger" und durstiger sind die. Der aktuelle 500PS Alfa Biturbo im Giulia hat zum Beispiel deutlich weniger Kolbengeschwindigkeit als mein nominal 220PS Audi. Und mein 200PS/l Sportmotorrad trotz 13.500 RPM ebenfalls weniger als ein 5-Ventiler Audi V8, der keine 7000 Touren macht.
57 Antworten
Dein "GaryK hat geschrieben" ist also kein isso? Ist ja jetzt nicht so das du die verlinkten Fachartikel hättest zerlegen können. Mit mir hast du es ja auch versucht. Wie sich hier gerade zeigt ist es ja vielleicht doch anders als du es verstanden hast. Ich will am Ende nur wissen was stimmt und leg mich nicht fest. Verheizt wegen mir auch keiner seinen Motor...
Unter 0.85 steigt die Abgastemperatur wieder an?! Wieso steht hier aber "zum kühlen der Abgase"? (Ab 0.74)
Die Abgastemperatur steigt nicht wieder an. Die immer unvollständigere setzt (bei gleicher Luft) immer weniger Wärme frei. Hinzu kommt, das die Wärmekapazität im Brennraum steigt, CO hat eine höhere als CO2
http://www.schweizer-fn.de/stoff/wkapazitaet/wkapazitaet_gase.php
und desweiteren lässt sich, sollte man an der Klopfgrenze sein, diese weiter nach früh verschoben, was die Temperatur ebefalls senkt, auch wenn es hier den Leistungsverlust aufgrund des fette Gemisches nicht mehr kompensieren kann.
Zitat:
@mozartschwarz schrieb am 28. August 2017 um 20:04:38 Uhr:
Dein "GaryK hat geschrieben" ist also kein isso?
Nö, ich konnte dir ja erklären warum das meiner Meinung nach Sinn macht, oder nicht?
Zitat:
Ist ja jetzt nicht so das du die verlinkten Fachartikel hättest zerlegen können. Mit mir hast du es ja auch versucht.
Naja der Artikel mit der Flammgeschwindigkeit als hilfreich bei höheren Drehzahlen ist sicher nicht erschöpfend behandelt.
Den Anspruch hier Reaktionsgleichungen aufführen zu können hab ich nicht (dafür war mir die Chemie immer zu "intuitiv", hier 'ne Doppelbrücke, da nur einfach ???), mit Kühlung durch Verdampfung lass ich mich aber auch nicht abspeisen (auch wenn das im Newsthread die vorherschende Meinung ist).
Zitat:
Wie sich hier gerade zeigt ist es ja vielleicht doch anders als du es verstanden hast.
Inwiefern? Das mit der Frühzündung (wäre nur ein weiterer Faktor)?
Zitat:
Ich will am Ende nur wissen was stimmt ...
Das wäre top, ich glaube aber das werden wir hier nicht mehr klären können. 😉
Gruß Metalhead
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Ein Phänom welches ich häufig bei Mitsubishi Motoren mit "mehr" Leistung beobachten konnte. Diese Motoren lassen sich unter normalen Bedingungen sparsam fahren. Sobald man aber in den Bereich des vollen Ladedrucks kommt und die gesamte Leistung abruft, sieht man regelrecht die Tanknadel sowie den Lambdawert auf teilweise unter 0.85 sinken und wie das Endrohr Ruß ansammelt.
Zitat:
@metalhead79 schrieb am 28. August 2017 um 22:04:21 Uhr:
Zitat:
Wie sich hier gerade zeigt ist es ja vielleicht doch anders als du es verstanden hast.
Inwiefern? Das mit der Frühzündung (wäre nur ein weiterer Faktor)?
Zitat:
@metalhead79 schrieb am 28. August 2017 um 22:04:21 Uhr:
Zitat:
Ich will am Ende nur wissen was stimmt ...
Das wäre top, ich glaube aber das werden wir hier nicht mehr klären können. 😉Gruß Metalhead
Jo, glaub ich fast auch. Was ich mitnehme ist aber auch ganz sicher, das es eben noch viel mehr Faktoren als die Verdunstung gibt und das diese eher im Vordergrund stehen. Reicht mir aber nicht um einen LPG Umbau als absolut Volllastfest zu bezeichnen, nur weil die führende Benzinsteuerung das bei dem Motor ja unter Benzin ist....
Zitat:
@kat2 schrieb am 26. August 2017 um 22:22:51 Uhr:
Zitat:
@GaryK schrieb am 25. August 2017 um 21:57:10 Uhr:
Fettet man übrigens weiter als Lambda 0.8x an, dann sinkt die Leistung wieder und die Abgastemperatur steigt an. Weil die Flamme langsamer wird und in einigen Bereichen des Brennraums mit statistisch "Überfettung" bereits lokal erstickt.Das ist die Leistung beim weiteren Anfetten sinkt, ist klar.
Nicht aber, dass die Abgastemp. wieder ansteigt, siehe:
http://i41.tinypic.com/m7evlv.jpg
Zitat:
@GaryK schrieb am 27. August 2017 um 10:41:17 Uhr:
Widerspricht sich IMHO leider selbst. Wenn der Wirkungsgrad bei zu starker Anfettung weiter sinkt, dann muss die Abgastemperatur eigentlich steigen.
Hi,
mich würde mal interessieren, warum Deiner Meinung nach die Abgastemp. bei Anfettung ansteigen sollte. Ich sehe da keinen Widerspruch (in Anfetten und Absinken von EGT) und kenne es auch nicht anders als in dem (weiter vorne verlinkten) Lycoming-Chart dargestellt. Das ließ sich auch am Prüfstand gut nachvollziehen.
Grüße
Zitat:
@mozartschwarz schrieb am 28. August 2017 um 22:52:41 Uhr:
Was ich mitnehme ist aber auch ganz sicher, das es eben noch viel mehr Faktoren als die Verdunstung gibt und das diese eher im Vordergrund stehen.
Top!
Zitat:
Reicht mir aber nicht um einen LPG Umbau als absolut Volllastfest zu bezeichnen, nur weil die führende Benzinsteuerung das bei dem Motor ja unter Benzin ist....
Schadet ja nicht sich auf 90% zu beschränken (auch unter Benzin nicht).
PS. Im Gasforum gibt's grad auch 'nen Thread zu Vollast unter LPG.
Gruß Metalhead
Zitat:
@kat2 schrieb am 29. August 2017 um 07:52:51 Uhr:
mich würde mal interessieren, warum Deiner Meinung nach die Abgastemp. bei Anfettung ansteigen sollte. Ich sehe da keinen Widerspruch (in Anfetten und Absinken von EGT) und kenne es auch nicht anders als in dem (weiter vorne verlinkten) Lycoming-Chart dargestellt. Das ließ sich auch am Prüfstand gut nachvollziehen.
Hab leider keinen Motor-Prüfstand. Aber wenn die Flamme im Fetten massiv langsamer wird, dann bricht die Expansion weg. Was die Temperaturen zwingend ansteigen lässt. Kann sein, dass das beim Lycoming Chart zu weit auf der fetten Seite passiert, aber "gut" ist massiv überfettet ganz sicher nicht.
Ich denke, dass man im Flugzeug vielleicht so auf Lambda 0,7 kommt, je nach Grundeinstellung. Allerdings fängt der Motor dann auch an zu Rußen (unverbrannte HC steigen) - irgendwann setzt dann auch die Zündung aus.
Im Flugzeug wird ja auch teilweise die Abgastemp. angezeigt, aber Lambda wird nicht gemessen. Normalerweise korrelieren EGT und Lambda aber ganz gut, mit Peak EGT bei Lambda 1.
Vielleicht wird ja die Flamme nicht soviel langsamer?
Die ganze Theorie ist mir zu hoch,aber mal was aus der Praxis.
Bei Kleinflugzeugen, kann man gründsäztlich die Gemischzusammensetzung währen des Betriebes ändern .
Mageres Gemisch geringer Verbrauch ,hohe Abgastemp.
Fettes Gemisch hoher Verbrauch ,geringe Abgastemp.
Kann man anne EGT Anzeige wunderbar ablesen.
Lycoming hat für seine Flug Motoren das auch im Handbuch festgeschrieben.
B 19
so komliziert ist es eigentlich nicht. Je fetter, desto mehr CO und HC werden wieder ausgeschoben, während CO2 stetig sinkt, d.h. es wird weniger Wärme freigesetzt. Obedrauf kommt, das durch die Steigenden Masse im Zylinder die Wärmekapazität im Zylinder steigt und CO ehe eine höhere hat => Temp sinkt.
Die Effekte der Brenngeschwindigkeit sind hier glaube ich kaum nenneswert, wobei ich mir noch nichtmal sicher bin, das diese schon ab dem BestPowerPoint abnimmt.
Passiert auch Richtung mager igrgendwann, da man dabei aber vermutlich den Kat grillt und anfetten zudem initial das Drehmoment erhöht ist anfetten das Mittel der Wahl.
Zitat:
@kat2 schrieb am 29. August 2017 um 20:56:21 Uhr:
Ich denke, dass man im Flugzeug vielleicht so auf Lambda 0,7 kommt, je nach Grundeinstellung. Allerdings fängt der Motor dann auch an zu Rußen (unverbrannte HC steigen) - irgendwann setzt dann auch die Zündung aus.
Oder der Vergaser vereist. Wenn die Abgastemperatur sehr lange zu niedrig ist, kann es auch zu Problemen mit Bleiablagerungen kommen.
Durch den fixen Zündzeitpunkt, riesigen Hubraum, niedrige Verdichtung und massive Luftkühlung ist die Übertragbarkeit zu modernen PKW-Motoren gewissen Einschränkungen unterworfen.