Verbrennungstemperatur bei Autogas niedriger!!
Schaut mal hier. Die FH Osnabrück hat festgestellt, dass die Verbrennungstemperatur bei Autogas sogar niedriger ist als auf benzin!!
Was sagt ihr dazu??
http://www.wilhelm-burg-gruppe.de/.../...Autogas_Fachpresse_311008.pdf
Beste Antwort im Thema
Zitat:
Das ändert aber leider nichts an der chemischen Tatsache, dass Gas langsamer abbrennt wie Benzin und somit die Dauer der thermischen Belastung bei jedem Zündvorgang länger ist wie auf Benzin.
Dadurch werden die Ventile und Sitze zwar der identischen oder niedrigeren Verbrennungstemeratur ausgesetzt, aber die Verbrennungstemeratur steht auch länger an.
Das ist eine ungenau formulierte Betrachtung. Das eingespritzte Gas und das eingespritzte Benzin besitzen eine sehr ähnliche Verbrennungsenthalpie. Das bedeutet, dass bei der Verbrennung die gleiche Energie abgegeben wird. Verbrennt das LPG also langsamer, muss es zwangsläufig weniger heiss sein. Angenommen man würde die Effekte die der Senior Chaos Engineer oben nennt alle soweit als möglich berücksichtigen und dann die Temperaturen vergleichen, würdest du keinen Unterschied außerhalb der Standardabeichung der Messungen einer Kraftstoffsorte finden. Es ist vollkommen aus der Luft gegriffen, dass LPG heisser oder kälter verbrennt als Benzin/Oktan. Es ist einfach nur eine sehr bequeme Erklärung für unerwartete Motorschäden. Das war schon immer so und wird solange bleiben, solange mehr Benzin- als Gasfahrzeuge herumfahren.
Zitat:
Dazu kommt noch, dass bei modernen Motoren aufgrund der höheren Oktanzahl von LPG der Zündzeitpunkt nach Hinten verschoben wird. Was wiederum dazu führt, dass die Auslassventile stärker belastet werden weil der Zeitraum zwischen Zündung und Öffnung Auslassventil verkürzt wird.
Anders herum. Bei höherer Oktanzahl wird der Zündwinkel vergößert (Frühzündung). Die Zeit zwischen Zündung und Öffnung der Ventile steigt. Das ist aber unerheblich, da die Motorsteuerung einen gewissen Bereich zur Verschiebung des Zündwinkels vorgesehen hat und diesen nicht verläßt. Innerhalb dieses Bereiches arbeitet der Motor problemlos.
Zitat:
ja, aber auch nur im volllastbereich. im teillastbericht spielt klopfen keine rolle.
Auch das ist nicht ganz vollständig. Die Zündwinkelverstellung (und damit auch die Klopfregelung) arbeitet auch im Teillastbereich. Gerade hier ist der Zündzeitpunkt oft sehr früh, denn dadurch steigt der Wirkungsgrad der Maschine.
Zitat:
wie schon mehr fach geschrieben wurde, wer sein auto im am limit bwegt oder einfach mehr beansprucht, tritt auch mit benzin tendenziell früher ein motorschaden auf.
Das ist nun mal vollkommen falsch. Die Standfestigkeit einer Maschine im Vollastbetrieb hängt von der Konstruktion derselben ab. Wenn die Hersteller das nicht hinbekommen und auch noch argumentieren können, dass dies ja sowieso niemand wünscht, dann beisst sich die Katze in den Schwanz. Ich erwarte von einem Motor eine einwandfreie Funktion auch unter Vollast. Denn dann bin ich derjenige, der darüber entscheidet, ob ich die Maschine in diesem Bereich fahre oder nicht.
Übrigens treten die meisten Motorschäden an KFz (unabhängig von der Art des Kraftstoffes) nicht wegen Überlastung der Maschine auf, sondern wegen Verschmutzungen und deren Folgeschäden. Luftfilter, Kühlflüssigkeit, Ölwechsel (auch Getriebe) und Ölqualität sind hier die Punkte.
184 Antworten
Nein, ist es nicht. Quasi alle sequenziellen Gasanlagen übersetzen erst mal NUR eine Einspritzzeit unter Benzin in eine Einblasdauer unter Gas. Worauf geregelt wird und ob Open Loop oder nicht legt das Benzinsteuergerät fest.
Natürlich kann die Gasanlage versuchen durch Analyse des Lambda-Signals Abstimmungsfehler zu vermeiden bzw. Open Loop Betrieb festzustellen und dann ausreichend nachzufetten. Theoretisch ist es unnötig.
Hallo GaryK,
ich habe nachgedacht, und mir ist etwas aufgefallen bei der Wirkungsweise der Volllastanreicherung.
Zunächst noch mal eine kleine Zusammenfassung (macht den Thread für Querleser verständlicher)
Bei der Volllastanreicherung wird im Verhältnis zur Luft "zu viel" Kraftstoff eingebracht (Lambda < 1), so daß in der Zylinderfüllung nicht mehr genug Sauerstoff für die vollständige Oxidation aller C-Atome im Kraftstoff vorhanden ist.
Die Folge: Da alle im Kraftstoff enthaltenen C-Atome bestrebt sind, zu oxidieren, nehmen einige von ihnen mit der unvollständigen Oxidation zu CO vorlieb.
stöchiometrisches Beispiel mit n-Octan:
vollständige Verbrennung: C8H18 + 17 O2 -> 8 CO2 + 9 H2O
unvollständige Verbrennung: C8H18 + 13 O2 -> 8 CO + 9 H2O
Diese beiden Beispiele rechne ich jetzt (mit Hilfe des k.g.V.) auf die selbe Menge Sauerstoff als Ausgangssituation um (Volumen des Kraftstoffs wird vernachlässigt)
vollständige Verbrennung: 13 C8H18 + 221 O2 -> 104 CO2 + 117 H2O
zu viel Kraftstoff: 17 C8H18 + 221 O2 -> 136 CO + 153 H2O
Bei der vollständigen Verbrennung entstehen also pro Zylinderfüllung 221 Expansionsgas-Moleküle, bei der unvollständigen Verbrennung 289 Expansionsgas-Moleküle. Die unvollständige Verbrennung setzt zwar weniger Energie frei, dafür aber eine größere Molekülmenge an Expansionsgas. Und hier kommt das Avogadrosche Gesetz ins Spiel, welches besagt, daß das Volumen, das eine Gasmenge bei gleichem Druck und gleicher Temperatur einnehmen möchte, abhängig von der Teilchenzahl ist.
Bei der unvollständigen Verbrennung wird zwar trotz 31% höherer Kraftstoffmenge weniger Energie frei, dafür ist aber die Teilchenzahl des Expansionsgases um rund 31% höher. Die resultierende Motorleistung demzufolge höher, wird aber wieder geschmälert durch den geringeren Energieumsatz der unvollständigen Verbrennung bzw. die geringere Temperatur des Expansionsgases.
Die Energiebilanzen dieser beiden Beispiele durchzurechnen, übersteigt jetzt meine Möglichkeiten. (Hallo GaryK)
Fazit: Bei der Volllastanreicherung wird mit deutlich höherem Kraftstoffeinsatz die Motorleistung etwas gesteigert und eine deutlich größere, etwas kühlere Menge an Expansionsgas erzeugt. Der Motor kann somit sein Leistungsmaximum erreichen, hat aber einen deutlich höheren spezifischen Kraftstoffverbrauch (und einen geringeren Gesamtwirkungsgrad, wenn man den Verbrennungswirkungsgrad mit einbezieht)
So, jetzt zur Frage: Das Vermögen des Gemisches, "kühles" CO zu erzeugen, ist abhängig vom Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff des beteiligten Kraftstoffes. Wasserstoff zeigt ein analoges Verhalten der unvollständigen Verbrennung nicht. Das heißt, je wasserstoffhaltiger der Kraftstoff ist, um so weniger greift der hier beschriebene Mechanismus der Volllastanreicherung, da immer weniger C-Atome für das "kühle" CO zur Verfügung stehen.
Im Extremfall, Betrieb des Ottomotors mit reinem H2, ist die Volllastanreicherung völlig wirkungslos, und der überschüssige Wasserstoff würde sich wie ein inertes Gas verhalten, welches die Zylinderfüllung verschlechtert (in diesem Fall wäre Abgasrückführung bei gleicher Wirkung viel billiger) Beim mit H2 betriebenen Motor würde das Leistungsmaximum mit Lambda1 und dem Temperaturmaximum des Expansionsgases und dem Energieumsatz-Maximum zusammenfallen.
Beim Octan kommen auf 100 H-Atome 44,4 C-Atome, beim Propan 37,5.
Kann man also in der Stammtischweisheit "LPG verbrennt heißer" bei einer speziellen Interpretation doch ein Körnchen Wahrheit finden? Im Sinne von "bei LPG und gleicher Zylinderfüllung greift die Volllastanreicherung x% schlechter" Wobei es bei Verdampferanlagen gleich 2 Dinge gibt, die das ganze wieder relativieren: 1.) gasförmiges LPG hat einen geringeren volumetrischen Heizwert als gasförmiges Benzin und 2.) Benzin wird zum Teil als Aerosol in den Zylinder eingesaugt, welches praktisch gar kein Volumen beansprucht, während gasförmiges LPG einen merklichen Anteil Frischluft verdrängt. Bei LPG+Verdampfer also geringere Zylinderfüllung und weniger Energieumsatz, weniger Motorlast. (die oft erwähnte Minderleistung)
Genau dies habe ich mir gedacht...
Wer weiß was ( eventuell besser) und wo steht’s.
Negationen sind bekann und wurden auch schon in fast allen Foren in gleicher als auch ähnlicher Weise diskutiert.
Dies sind bekannte Größen , die aber mit Kenntnis nicht weiterhelfen, es sei denn man entwickelt ein eigenes Regelwerk ähnlich dem Motormanagement.
Die Frage ist allerdings wer soll dies bezahlen.
Also bezieht man sich auf langjährige Erfahrung und Erprobungen und entwickelt bezahlbar, reduziert auf Notwendigkeiten.
Dass diese Erfahrungen bei neuen Motorgenerationen teilweise hinfällig sind, ist bekannt.
Deshalb der Schritt zur flüssigen Einspritzung.
Wobei man dies auch zum Thema machen könnte aber nicht muss.
Um den Wirkungsgrad zu verbessern, die nun mal bekannten Mankos auszugleichen, wird zum Beispiel bei Verdampferanlagen mit Inliner Eingasungstechnik gearbeitet.
Erprobungen mit Vorlagern bringen auch brauchbare Ergebnisses wenn möglich.
Ich will Euch Eure Tour nicht versauen, aber mal im Ernst, was fangen wir damit an.....
Für den der mit Autogas fahren möchte oder muss wird sich an den bisherigen Prob’s halten und auf gescheite Umsetzung setzen wie bei allen Dingen unseres technischen Lebens.
Die Ergebnisse von Learn by doing ist bei aller Liebe zur Theorie letztendlich dies worauf wir in der Praxis zu- und zurückgreifen .
Wissenschaftlich durchdachtes unter neuen Aspekten noch mal zu bedenken ist grundsätzlich nicht verkehrt, liefert es doch die eine oder andere neue Idee dazu.
Geschmiedet werden diese jedoch anderen Orts.....
Grüße
Mir gehts nicht um Entwicklungsarbeit (das überlasse ich Leuten, die in einer ganz anderen Liga spielen), sondern um den Mythos "Autogas verbrennt heißer" so umfassend wie möglich zu betrachten.
Also um schlichte Befriedigung von Interesse an Naturwissenschaft&Technik im Rahmen einer Talkrunde von Interessierten, Erklärenden, Fragenden und Zuhörenden - ohne Anspruch, hier irgendwelche Entwicklungsarbeit zu leisten, dafür aber vielleicht das persönliche Verständnis der Vorgänge im LPG-Ottomotor zu vertiefen.
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@Seat
Gut zusammengefasst. So lange allerdings überhaupt noch C im Kraftstoff ist, kannst du immer das Verhältnis aus CO2 zu CO über das Lambda steuern. Irgendwann entsteht übrigens Wasserstoff. Technisch erzeugt man Wasserstoff aus Erdgas bei Verbrennung im Luftunterschuss, nennt sich "Partialoxidation".
Dazu ist die Verbrennung im Motor nicht nur über die Stöchiometrie getrieben, sondern auch über die Kinetik bzw. die Explosionsgrenzen. Erdgas kannst du weniger stark überfetten wie LPG, weil es stabil ist und teilweise als Radikalfänger wirkt.
Erdgas zündet zwischen 4.4 und 16.5 Vol%, stöchiometrisch wären ca 10 Vol%. Lambda 0.5 = keine Zündung mehr möglich. Propan mit 3 x mehr Kohlenstoff zündet zwischen 1.7 und 10.8%, stöchiometrisch wären es irgendwas um 4%. Lambda 0.5 wäre noch im Bereich wo es knallt. Von der Kinetik der Verbrennung/Explosion hängt nun auch die Leistungsentfaltung ab. Zu sehr zu überfetten kostet nicht nur Sprit.
Ja, komplexes Thema. Macht zumindest mir Spaß mich damit zu befassen.
Mist, ich habe mich in obigen Beispielen verrechnet (jedem H nur ein O zugeteilt, man braucht 2 Octanmoleküle damit die Rechnung stöchiometrisch aufgeht)
Also alle zwei Rechnungen noch mal mit Octan und mit Propan:
Octan:
1.) Lambda=1: 2 C8H18 + 25 O2 -> 18 H2O + 16 CO2
2.) max. Anfettung: 2 C8H18 + 17 O2 -> 18 H2O + 16 CO
Propan:
3.) Lambda=1: 2 C3H8 + 10 O2 -> 8 H2O + 6 CO2
4.) max. Anfettung: 2 C3H8 + 7 O2 -> 8 H2O + 6 CO
jetzt Umrechnung auf eine fest vorgegebene Sauerstofffüllung für alle 4 Fälle (k.g.V. aller 4 O2-Mindestmengen):
1.) 476 C8H18 + 5950 O2 -> 4284 H2O + 3808 CO2 (8092 Moleküle)
2.) 700 C8H18 + 5950 O2 -> 6300 H2O + 5600 CO (11900 Moleküle)
3.) 1190 C3H8 + 5950 O2 -> 4760 H2O + 3570 CO2 (8330 Moleküle)
4.) 1700 C3H8 + 5950 O2 -> 6800 H2O + 5100 CO (11900 Moleküle)
Bemerkenswert ist bei dieser Rechnung die Erkenntnis, daß die Molekülanzahl des Expansionsgases bei maximaler Anfettung absolut konstant ist, egal wie hoch das Verhältnis von H und C des Kraftstoffes ist. Aber: Je höher der Wasserstoffanteil, desto weniger energiearmes, "kühles" CO entsteht. Das Expansionsgas bei der angefetteten Propanverbrennung muß also heißer sein.
Als weiteren Schritt muß ich die Energiebilanzen aller 4 Verbrennungen ausrechnen. (wieviel Joule) Die Berechnung der stöchiometrischen Verbrennung bei Lambda1 ist kein Problem, gravimetrischer Heizwert und molare Masse als Input.
Aber bei der Berechnung der beiden angefetteten (unvollständigen) Verbrennungen zu H2O und CO brauche ich deine Hilfe, GaryK!
Ich habe keinerlei Anhaltspunkt, wie der Heizwert eines komplexen Moleküls sich bei reiner CO-Umsetzung verringert.
Den 4. Schritt kündige ich schon mal an: Hier korrigieren wir die Zylinderfüllung bei den beiden Propan-Varianten entsprechend der Luftverdrängung des Propans, und entsprechend auch die umgesetzte Energie. Wir gehen vereinfachend davon aus, daß das eingespritzte Benzin beim Saughub keine Luft verdrängt.
Bei den nach unten korrigierten Energien wird es dann spannend: heißer, gleichwarm oder kälter?
Bei CO2 werden 396 kJ/mol fällig, bei CO nur noch 110 kJ/mol.
Übrigens entsteht bei deiner maximalen Anfettung trotzdem CO2. Weil CO2 energetisch so schön tief liegt verschiebt sich die Reaktion CO + H2O zu CO2 und H2. Richtig, es entsteht Wasserstoff 😉
Zitat:
Bei CO2 werden 396 kJ/mol fällig, bei CO nur noch 110 kJ/mol.
Gelten diese Zahlen unabhängig davon, aus welchen Kraftstoffmolekülen das CO / CO2 entstammt? Das wäre ja phantastisch einfach. Ich bräuchte diese Zahl dann noch für H2O.
Ich kann mir vorstellen, daß unterschiedlich aufgebaute Kraftstoffmoleküle auch unterschiedlich hohe Energien benötigen, das Molekül aufzubrechen. Daher würde es mich nicht wundern, wenn die Rechnung nicht so einfach wäre wie einfach jedem CO / CO2 / H2O-Molekül einen festen Energiebetrag anzurechnen.
Oder ist die unterschiedliche Aufbrech- (Aktivierungs?) energie zu vernachlässigen?
Zitat:
Weil CO2 energetisch so schön tief liegt verschiebt sich die Reaktion CO + H2O zu CO2 und H2.
Ich nehme an, die Reaktion zu H2 ist endotherm, im Gegensatz dazu die Reaktion zu CO2 energiereich.. Ändert sich insgesamt die Energiebilanz oder Nullsummenspiel?
Ich schlage ein Treffen vor......
Grüße
Hallo ICOMWorker,
ich hoffe, du willst uns nicht eine schmieren, weil wir so in Theorie schwelgen.
Du begibst dich gerade auf gefährliches Gebiet. Bei Thermodynamik und equilibrierten Prozessen interessiert nur der Anfangs- und Endzustand. Es gibt auch kinetische Effekte, z.b. müsste sich thermodynamisch gesehen jeder Diamant in Grafit umwandeln, aber er macht es nicht. Zumindest nicht im Zeitfenster unserer Menschheit.
Zur Energieberechnung. Was du suchst ist die Reaktionswärme. Diese errechnet sich aus den Standard-Bildungsethalpien (H_f Werte). Es gilt: Die Reaktionsenthalpie ist die Summe der Bildungsenthalpien aller Produkte minus der aller Edukte.
Bildungsenthalpien: CO -110 kJ/mol, CO2 hat -396, H2O -241. gute Quelle: http://webbook.nist.gov/chemistry. Beim CO: http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?...
Problematisch sind die Edukte beim Benzin, denn das ist ein wildes Gemisch. Einfacher ist es, z.B. bei der Verbrennung die Energie für ein Mol CO2 abzuziehen und dafür die von einem Mol CO zu addieren und dabei tabellierte Brennwerte zu nehmen. Aus der Differenz weisst du, was energetisch verloren geht.
Bei Benzin fallen etwa 2,32 kg CO2 je Liter an, der Brennwert liegt etwa bei 32 MJ. Das sind etwa 52,72 mol CO2 und zu 396 kJ/mol Bildungsenthalpie für CO2 etwa 20,8 MJ Beitrag dessen.
Wenn du nun 10% des CO2 nur zu CO umsetzt (Lambda 0,9), dann werden 52,72 mol * (90% * 396 kJ + 10%* 110 kJ/mol) frei. Summe: 19,3 MJ. Dir fehlen also zu den 20.8MJ vorher folglich 1.5 MJ, was bezogen auf die vollen 32 MJ eines Liters Benzin etwa 4,6% des Brennwertes ist. Für 10% Anfettung. Bei 20% ists das doppelte.
Die Reaktion CO + H2O --> CO2 + H2 ist übrigens meistens exotherm, aber stark temperaturabhängig. Einschlägiges Stichwort für Google: "Water Gas Shift Reaction". Bestens kinetisch untersucht, kann man locker Diplomarbeiten drüber schreiben. Hab ich hier nicht vor. Es gibt komplette Lehrstühle für Verbrennungslehre, ist eine Spezialdisziplin der Verfahrenstechnik. Zwischen Tür und Angel macht man sowas nicht.
Zitat:
Original geschrieben von SeatArosa1.7SDI
Hallo ICOMWorker,
ich hoffe, du willst uns nicht eine schmieren, weil wir so in Theorie schwelgen.
NEIN, im Gegenteil es ist interessant, auch wenn mich dies nur am Rande interessiert.
Nur wenn es zu langahtmig wird , will es niemand mehr lesen und dies ist eigentlich schade.
Mit Treffen meine ich , daß Ihr Beide über PN oder E-Mails Euch austauscht und den Extrakt dann veröffentlicht.
Grüße
Aha. Reaktionsenthalphie = Summe Bildungsenthalpie Produkte - Summe Bildungsenthalpie Edukte. Auf deinen Links blicke ich gerade noch nicht ganz durch, zu viel kryptisches.
Werde das morgen mal auf mein Beispiel bezogen durchrechnen.
Ich nehme an, meine Extrembeispiele der vollständigen Umsetzung aller C-Atome zu CO (theoretisch maximal mögliche Anfettung) sind idealisiert und durch das von dir beschriebene Water-Gas-Shift in der Praxis nicht möglich.
Zum Thema "will niemand mehr lesen" Man muß nur den richtigen Spannungsbogen aufbauen, und schon werden auch Wälzer von 400 Seiten verschlungen 😉 Und den Spannungsbogen haben wir hier, ich sage mal an im Stil einer Soap: Wird es Propan doch noch schaffen, dank seines höheren H-Anteils ein heißeres Expansionsgas zu erzeugen oder geht ihm die Luft aus? Bleiben Sie dran!
Also ich finde diese Diskussion zwischen Gary und SeatArosa sehr interessant! Klingt alles sehr Kompetent, und ist allemal besser als die üblichen Stammtischweißheiten.
Scheint so als hätten die beiden in Chemie besser aufgepasst als ich..! 😎
Weiter so!