A8 D3 Neuling
Hallo. Bekomme demnächst einen A8L D3 exklussiv. Mein A8 D2 wird nun weichen. der 8er hat volle Historie Audi. Würde mir eine Gasanlage einbauen. Was habt ihr für Erfahrungen mit folgenden Gasanlage. Prins VSI mit elektronischen Verdampfer oder ICOM. Da ja das Auto mit Monitoren hinten ist mit Fax Internet DVD Player 4 Sitzer usw. wollte ich fragen ob es da ein Modul gibt für DVBT laut Ausstattung hat er analog und Digital DVBT2. Das DVBT2 läuft ja nicht mehr. Vielleicht könnt ihr mir dabei helfen. Danke vorab beste Grüsse
Beste Antwort im Thema
Gas verbrennt nicht zwingend heißer..
Die 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. Flammgeschwindigkeit
In 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.
KolbendruckverlaufKolbendruckverlauf
Wenn 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-zeitkurve
Schauen 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.
Fertig :-)
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21 Antworten
Willkommen im Club. Hab ich auch alles im 4.2 TDI in lang. TV gehen je nach Standort nur noch ein paar Sender. Leider gibt es da nix und ist auch dem :-) völlig Latte. Aber DVD's für Kinder etc. gehen ja noch ;-)
Ich hab nur einmal Fußballweltmeisterschaft auf der BAB auf dem Parkplatz der Autobahnpolizei geguckt - das war geil - sonst braucht man doch kein TV.
Bilder sind hier immer gern gesehen, besonders von exclusiven Varianten :-)
Hallo. Danke für die Antwort. Ab 16 Februar habe ich ihn.Selbstverständlich kommen dann Bilder mit rein.An den Kollegen mit dem 4.2tdi hast du auch Kühlschrank hinten drinnen wie funktioniert der geht der über die Klima oder ist das ein Eigenständiges System
Moin,
Ich habe meinen treuen D2 nach ca. 533000 km (über 400000 km mit LPG) auch 2017 in Rente geschickt. (Ich habe ihn aber natürlich noch). ??
Habe dann D3 mit 100000 km gekauft und sofort in Holland mit einer Vogels-Gasanlage umrüsten lassen. Die läuft seit ca. 90000 km problemlos.
Hatte mich vorher auch über Prinz und Icon erkundigt. Meine Werkstatt hatte mir die Vogels-Anlage empfohlen. Bisher wurde ich nicht enttäuscht.
Viele Grüße aus Ostfriesland
Alfred
Zitat:
@Waffel20v schrieb am 29. Januar 2019 um 18:34:12 Uhr:
Hallo. Danke für die Antwort. Ab 16 Februar habe ich ihn.Selbstverständlich kommen dann Bilder mit rein.An den Kollegen mit dem 4.2tdi hast du auch Kühlschrank hinten drinnen wie funktioniert der geht der über die Klima oder ist das ein Eigenständiges System
Nee, ich hab RSE, Einzelsitze, 4 - Zonen Klima, Tisch und alles, aber keinen Kühlschrank. Brauch ich auch nicht. RSE war auch nur sehr selten in Betrieb und wenn dann gleich ein paar Stunden am Stück. Ist toll.
Ich fahr aber fast nur noch alleine.
Hallo,
der Kühlschrank ist ein autarkes Gerät. Mein Neffe hat ihn bei seinem D3 nachgerüstet.
Gruss,
Alfred
3 Sachen die du unbedingt machen solltest:
4.1 https://www.motor-talk.de/faq/audi-a8-4e-q87.html#Q3733572
Wenn vorhanden die Abläufe vom Schiebedach kontrollieren reinigen.
Abläufe vom Wasserkasten überprüfen reinigen.
History hin oder her Vertrauen ist gut Kontrolle ist besser.
Gute Fahrt und herzlich Willkommen
Hallo. Ja ist richtig die Historie habe ich bei Audi prüfen lassen Stimmt zu 100 Prozent. Ich wollte es auch nicht glauben das es 83tsd runter hat.Und aus 2. Hand. Ich habe mit meinem D2 430tsd runter und fährt immer noch. Werde selbstverständlich alles prüfen. Meiner ist auch ein 4 Sitzer mit Fax DVD hinten Massagesitze mit Belüftung usw
Km Stände sagen nicht viel, da das Fahrprofil bzw. die Betriebsbedingungen fehlen. Aber 83 tsd. sind in allen Fällen für den Motor wenig. Die Historie vom :-) ist viel wert. Gut das man darüber einiges rausbekommt. Die km Stände der "Neueren" sind übrigens auch im MSTG abgelegt. Da kann man die nicht ändern :-) - die sind echt und die Motor Steuergeräte tauscht man nicht einfach so.
Wenn man es genauer wissen will, ist die Frage eher wieviel Betriebsstunden hat er gelaufen und das hängt vom Fahrprofil ab. Wie, wann wurde was gewartet ist auch wichtig. Aber 83 td. sind nix für einen A8. Viel stehen ist aber auch nicht gut und wenn ja, unter welchen Bedingungen. Manche stehen besser draußen als in feucht kalten Garagen. Wer ein Solardach hat, sollte die Lüftung im MMI aif EIN schalten und immer so lassen. Dann lüftet der A8 von Innen immer kontinuierlich über Solarstrom - geile Sache - das dankt Dir nicht nur das Interior, sondern auch innen alles was an Kabelverbindungen und Technik ist. Der Lüftermotor kann das ab. Hält die Feuchtigkeit geringer und es gibt kein Hitzestau. Nur Vorteile. Zudem angenehm beim Einsteigen im Sommer, dafür ist das eigentlich da.
Mal zum ungefähren Vergleich: Ein Stadtwagen mit 83 tsd. hat etwa 3.320 h, hingegen Mischbetrieb 1.660, nur Langstrecke entsprechend noch weniger.
Aber o.k. alles gut.....beides für den 4.2 TDI nicht viel. Schätze Weberli hat um die 14.000 h auf der Uhr. Das ist schon ein anderer Schnack, nur musste er mal die Steuerkette erneueren - gerissen - Motorschaden rep. und weiter. Ich hab auf 230 tsd. km z.B. 4250 h und alles läuft 1A, was nicht heißt, das ich nicht hier und da auch mal Reparaturen hatte, aber das ist ja völlig normal.
Was man mal machen kann und sollte, ist die Düsen und DPF's (Aschebeladung) auslesen. Das sagt mehr. Wer es genauer haben will: Vor dem nächsten Ölwechsel bzw. dabei Ölprobe ziehen und im Labor analysieren lassen. Dann kennt man den Zustand schon deutlich besser, bzw. kann mittel - langfristig Schäden absehen. Noch besser sind Trendanalysen, aber das kostet natürlich auch alles Geld. Wenn man will kann man den Zustand des Motors aber recht genau feststellen. Was nicht schlecht ist, mal das Getriebeöl wechseln....na und so weiter. Bei dem Stand lohnt es sich tiefer einzusteigen, wenn man den lange fahren will.
Viel Spaß, damit.
@SWAN er hat einen Benziner und wollte auf LPG umrüsten.
Ach so....na egal, Ölanalyse kann nie schaden ;-)
Wenn man auf Gas umrüstet, kann man ja auch gleich mal die Kompression messen :-)
Gas verbrennt heißer. Ich würd vor Umbau, den erst sachte warm, in Stufen auf der Piste steiegren und frei fahren = durchblasen und freibrennen. Ich würde dazu dann noch eine Dose Lambda Tank OTTO nach Werkstatt - Vorgabe durchblasen. Das wird der Motor danken. Dann sind die Rückstände beseitigt. Innen alles schön sauber. Garantiert empfehlenswert bevor man Gas in die Brennräume jagt....;-).
Gas verbrennt nicht zwingend heißer..
Die 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. Flammgeschwindigkeit
In 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.
KolbendruckverlaufKolbendruckverlauf
Wenn 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-zeitkurve
Schauen 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.
Fertig :-)
.......und Ihr sagt immer alle ich schreibe viel.....aber guter Beitrag. Damit kann man arbeiten. Fachlich fundiert...gefällt mir. Kein bla bla, meinen, schätzen, fühlen, oder sonstige Kaffesatzleserei und lesen in der Glaskugel..prima. Gas ist nicht schlecht. Ein Fraund von mir fährt sein V8 Range Rover mit Gas - LPG - billig und löppt. Ein anderer hatte seinen 500 er S Klasse mit Gas befeuert - lief ewig......aber der V8 ist auch ein geiler Motor.
Na egal, Gas ist eine gute und saubere Alternative....