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Ethanol: NO & NO² - Chemiker gefragt!
Hi.
Ich habe eben mit einem Bekannten darüber diskutiert, wie sich wohl Ethanol im Benzin auf zwei bestimmte Abgaswerte auswirkt.
Und zwar... Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO²).
Wie verhalten sich diese beiden Werte z.B. bei E10, E20, E30? Kann man da logische Prognosen aufstellen?
Gruß
Olli
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38 Antworten
die NOx werte hängen mit der verbennungstemperatur zusammen und auchnoch mit dem sauerstoffgehalt.
deswegen blasen ja auch die diesel soviel davon raus, mit ihrer vielen druckluft im zylinder.
#wird dein wagen korrekt betrieben dürften eher weniger stickoxide entstehen da die verbennungstemperatur sinkt und auch kein sauerstoff für sowas zur verfügung steht.
läuft deine maschine aber zu mager so steigen die temperaturen und es kommt zur stärkeren stickoxid bildung.
es kommthalteinfach auf die umstände im motorraum an ob viel oder wenig stickoxid ensteht
zu was soll das interresant sein? der kat wirds schon wegfressen wenn der erstmal warm ist.
Ach die Diskussion hatte keinen konkreten ANlass. War nur so dass er sich sicher ist, dass PÖL mehr Stickoxide ausstößt als normaler Diesel. Und er meinte dass es bei Ethanol ja dann auch so sein müsse.
Ich meine aber dass ich gelesen habe, dass Ethanol eben nur halb (?) soviel Stickoxide ausstösst.
So kam das.
Hmm du sagst dass es wegen niedrigerer Verbrennungstemperatur und weniger Sauerstoff wahrscheinlich weniger Stickoxide sind. Aber mit Ethanol läuft der Wagen doch praktisch sowieso ca. 30% (bei E85) "magerer" als mit Benzin, oder? Und der Wagen soll doch schneller warm werden damit?
Hmm...
edit
"läuft deine maschine aber zu mager so steigen die temperaturen und es kommt zur stärkeren stickoxid bildung."
^ ^ Was meinst du damit? Bei gleicher Temperatur hat Ethanol aber immer weniger Stickoxide als benzin, oder?
unter den gleichen bedingungen, also druck/temperatur/sauerstoffgehalt und stickstoffgehalt werden egal ob da jetzt grad ethanol verbennt oder benzin gleichviele stickoxide entstehen.
nur aber werden diese sachen kaum konstant sein wenn du ein und dem selben motor eine andere brühe zu trinken gibst.
in welche richtung sich das ändert kommt eben drauf an.
eigentlich sollte dein auto nicht magerer laufen mit alkohol, tut es das bist du dabei deinen motor zu metzgern.
(ja sicher mein corsa läuft mit 70% ethanol bestimmt zu mager, gehe ich zumindest stark davon aus und vondemher währe es logisch wenn meine NOx emissionen steigen würden, nur das ist kein poblem des ethanols sondern ein problem meines motors)
Das mit den NOx und PÖL ist richtig. Da kommt mehr NOx raus, wenn es in einem modernen Diesel getankt wird, bei den alten sieht es anders aus. Liegt an der Einspritzung.
Bei Ethanol ist es ähnlich, aber andersrum. Bei modernen Motoren kommt eindeutig weniger raus, da die Verbrennung kälter ist. Ein moderner Motor läuft auch nicht magerer, da der Lambda-Regelkreis die Einspritzzeiten erhöht und damit diesen "30%-Ausfall" ausgleicht - nicht ganz korrekt, da nicht der Energieausfall, sondern nur die magere Verbrennung ausgeglichen wird, aber das ist nebensächlich. Daher verbraucht man auch automatisch mehr Exx.
Wenn man zu mager fährt, weil man ausserhalb des Regelfeldes ist, dann leuchtet einen eine Lampe an 
Bei alten Fahrzeugen (z.B. der Vergaser-Corsa) gibt es diese Regelung nicht. Entweder man regelt von Hand nach, oder fährt magerer. Ethanol sorgt für geringere Temperatur, mager aber für höhere, man müsste das mal messen, ob es wirklich mehr NOx ist.
Der NOx-Hochpunkt liegt bei Benzinbetrieb(!) - und dem alten Corsa - in etwa bei Lambda 1,15. Danach sinkt der NOx-Wert wieder genauso schnell, so dass man bei 1,3 die gleichen Werte wie bei 1,0 hat. Da viele Altfahrzeuge aber bei 0,85-0,9 eingestellt sind (fett-Betrieb, da mehr Leistung) kann man eigentlich gar nichts pauschalieren. Bei 1,3 dürfte der Corsa aber schon etwas spucken...
Und normale 3-Wege-KAT's bügeln das NOx nicht aus.....
Meine Kenntnis ist da etwas anders:
PÖL hat leicht niedrigere NOx-Werte, da es schlechter Verbrennt als Diesel. Daher jedoch höhere CO, CH und Russwerte.
Bei Ethanol ist der Unterschied ebenfalls klein. Durch die höhere Verdampfungsenthalpie von Alkoholen ist das Gemisch ein wenig kälter was in Folge für leicht weniger NOx-Ausstoss führt. Spielt beim Benziner mit 3-Wege-Kat aber keine so grosse Rolle, da dieser bei Betriebstemperatur weit mehr als 90% der NOx umwandeln kann. Die Regelung wird die Einspritzmenge eh (soweit für die Einspritzung machbar) auf ein lambda von 1 anpassen.
Etwas OT: Der 3-Wege-Kat bedingt leider ein lambda von 1. Ältere Motoren waren da flexibler, was einige Vorteile brachte. Auf etwa 0,85 anzufetten brachte bei hoher Last mehr Leistung, ein abmagern im Teillastbereich bis 1,15 brachte einen höheren Wirkungsgrad. Dummerweise sind die Abgaswerte da miserabel. Bei 0,85 gibts reichlich CO, CH, bei 1,15 die meisten NOx.
Gruß Meik
Zitat:
Original geschrieben von Meik´s 190er
PÖL hat leicht niedrigere NOx-Werte, da es schlechter Verbrennt als Diesel. Daher jedoch höhere CO, CH und Russwerte.
Stimm, ich habe mich geirrt, es waren die PM, die so hässlich hoch sind...
Und das mit dem 3Wege-Kat stimmt nur bei Lambda < 1,05 - aber da bleibt man ja und wegen der tieferen Temperatur ist es sowieso weniger
Da war nix OT, es geht ja um NOx Und wenn der Corsa statt 0,85 mit Exx 1,0 hat, dann ist er viel sauberer
Prinzipiell sollte man es mit eine CO-Messung - da einfach - bei einem Altfahrzeug abschätzen können. Wenn es nur noch 1% statt 4% sind, dann kann sich freuen.
In der Ausgangsfrage stand aber nix von Corsa
Gruß Meik
Aber zwischendurch und man sollte vielleicht zwischen alter und neuer Technik unterscheiden 
Moinsen,
weil wir gerade dabei sind. Ich habe es leider nicht mehr genau in Erinnnerung und finde auch gerade nicht den Notizzettel… -(
Wie war das mit den Verbrennungstemperaturen noch mal genau? Mir ist so als würde Ethanol bei gleichem Lamndawert wie Benzin heißer verbrennen, allerdings auch bei der Gemischbildung deutlich stärker kühlen, sodaß zumindest bei Direkteinspritzung die thermische Belastung so gesehen gleich bleibt? Oder bezieht sich die höhere Verbrennungstemperatur auf den Fall, bei dem man die Verdichtung wirkungsgradverbessernd auf 13-15:1 erhöht hat?
winterliche Grüße
Martin
Hier wurde ja schon viel berichtet . Mich würde mal interessieren, wenn ich mal angenommen mit E 50 fahren könnte und die Technik das nachregelt . Dann musste die Einspritzung mehr Kraftstoff einspritzen um den Lambdawert zu halten weil ja das Ethanol weniger Luft braucht, um vollständig zu verbrennen.
Hat man dann mehr Leistung weil mehr verbrannt werden kann ,… oder weniger weil Ethanol weniger Energie hat.
Zitat:
Original geschrieben von Später Abend
Hat man dann mehr Leistung weil mehr verbrannt werden kann ,… oder weniger weil Ethanol weniger Energie hat.
Den niedrigeren Heizwert des E gleichst du ja durch eine Erhöhung der Menge aus. Dadurch dass E eine höhere Verdampfungswärme hat, wird das angesaugte Gemisch stärker abgekühlt, was eine bessere Füllung des Zylinders ermöglicht und dies wiederum führt zu höherer Leistung. Soweit die Theorie!
In der Praxis hängt das u.a. noch mit den Faktoren
- Wassergehalt des E
- Aussentemperatur
- Drehzahl
- Kraftstoffregelung im Auto etc.
ab.
@Martin: Habe mich inzwischen schlauer gemacht:
Eigentlich kann ein Kraftstoff nur die Energie abgeben, die in ihm gebunden ist. Da wir in der Summe Menge x Heizwert bei Benzin und E von einem identischen Wert ausgehen, müsste die Verbrennungstemperatur auch gleich sein.
So am Rande: Heizwert=Energiedichte=Verbrennungswärme
@Coup:
Es wäre wirklich schade, wenn wir die ganze Energie des Gemisches in Wärme umsetzen würden
Der Sinn des Motors ist, aus der chemischen Reaktion die Bewegungsenergie - aus der "Explosion der Teilchen" - in Bewegungsenergie umzusetzen. Wir haben her keine Öl/Benzin-Heizung...
Je kälter der Motor dabei bleibt, umso grösser ist die Energieausbeute, der Wirkungsgrad.
Da Ethanol wohl langsamer verbrennt, ist der Wirkungsgrad prinzipiell erstmal besser. Die Lambda-Regelung regelt auch nicht die Energie nach, sondern nur das Verbrennungsgleichgewicht, sie misst sozusagen den Restsauerstoffgehalt des Abgases. Die regelung weiss, wieviel benötigt wird um die - spekulierten - Reststoffe im KAT umsetzen zu können.
Obwohl Ethanol im Gegensatz zu Benzin kurzkettig ist, benötigt es genauso viel Sauerstoff zur Verbrennung.
Vereinfachte Rechnung:
Benzin ist CxH(2x+2), im Mittel also CH2 - du brauchst 1,5 O2 zur vollständigen Verbrennung.
Propan ist C2H6, im Mittel CH3, du brauchst 1,75 O2. Bei Ethanol C2H5OH, im Mittel CH3 und 0,5 O = 0,25 O2 - man braucht auch nur 1,5 O2
Die Lambdasonde regelt hier also erstmal so gut wie nichts. Man braucht aber etwas mehr als obige 1,5 O2 für Benzin, so dass man unter Ethanol etwas magerer fährt, und dieser kleine Rest wird ausgeglichen. Im Mittel sind es ca. 10% und nicht 30% - Vergleich E100 und Benzin.
Damit lassen wohl auch die gleichen Verbräuche bei Turbos erklären.
Da Ethanol aber weniger Energie bereitstellt, ist die Leistung kleiner, es kommt auch zum "Holpern" etc. - ~ ab E70.
Da der Fahrer aber eine gewisse Leistung abfordert, tritt er das Gas mehr, damit wird mehr Luft und auch Ethanol eingelassen. Benziner sind Sauger in der Ansaugphase herrscht Unterdruck im Ansaugtrakt und Zylinder.
Ich hoffe, das war einfach genug und trotzdem genau genug....
@Später Abend:
Du hast bei weniger Leistung, da Ethanol weniger Energie hat. Da man aber meist nie die vollständige Leistung braucht, ist es eigentlich ziemlich irrelevant. Andersrum ist die Oktanzahl einiges höher, so dass man durch erhöhte Kompression wiedrum mehr Leistung rausholen könnte. Das könnte gerade bei deinen IMA auftreten. Einen ähnlichen Effekt habe ich mit dem Prius und LPG. Diese Leistungserhöhung macht sich dann aber erst in der Minderung der theoretische Mehr-Verbrauchswerte bemerkbar, soll heissen: gleicher Verbrauch, trotz theoretischer 15% Leistungsverlust.
Wohnst du in der Nähe von BA, da du gezielt nach E50 fragst?
Hat dein IMA eigentlich auch ein Potentiometer-Gas - müsste ja -, dann regelt deine Elektronik sowieso alles...
Ähm, nicht ganz korrekt die Erklärung.
Das bisschen Bewegungsenergie bei der Explosion ist vollkommen vernachlässigbar. Relevant ist nichts weiter als die Wärme die bei der Verbrennung frei wird. Durch die Hitze erhöht sich ganz erheblich der Druck im Zylinder was diesen nach unten drückt und somit Bewegung erzeugt.
Der Wirkungsgrad ist umso besser, je höher die Temperatur und je mehr Wärme im OT zugeführt werden kann. Da Alkohole leicht schnellere Brenngeschwindigkeiten haben resultiert bei denen bei gleicher Kompression ein rund 6-8% höherer Wirkungsgrad wenn der Zündzeitpunkt angepasst wird (Klopfsensoren machen das oft schon automatisch)
Das Luftverhältnis sieht gegen Benzin etwas anders aus. Benzin braucht pro kg 14,5kg Luft, Ethanol 9 und Methanol sogar nur 6,5.
Da die Dichten sehr ähnlich sind gibt´s da für die Lambdasonde schon einiges zum nachregeln.
Durch den erheblich niedrigeren Heizwert (Benzin 31,7, Methanol 15,5 und Ethanol 21,2 MJ/l) muss bei gleicher Leistung deutlich mehr Alkohol als Benzin eingespritzt werden, was irgendwann die max. Fördermenge der Einspritzanlage überfordert und so den Leistungsverlust bei nicht angepassten Motoren bedingt.
Der Gemischheizwert ist jedoch sehr ähnlich wie bei Benzin, also mit angepasster Einspritzmenge gibt es nahezu keinen Leistungsverlust mehr.
Gruß Meik
Zitat:
Original geschrieben von Meik´s 190er
...Der Wirkungsgrad ist umso besser, je höher die Temperatur und je mehr Wärme im OT zugeführt werden kann. Da Alkohole leicht schnellere Brenngeschwindigkeiten haben resultiert bei denen bei gleicher Kompression ein rund 6-8% höherer Wirkungsgrad wenn der Zündzeitpunkt angepasst wird (Klopfsensoren machen das oft schon automatisch)
Gruß Meik
Moinsen,
Entschuldigung aber wie denn jetzt?! -)
Nicht nur im Heinze "Du und Dein Motor" sondern auch an ander Stelle habe ich gelesen , daß ETOH träger, langsamer verbrennen soll, wenn de Kompression nicht erhöht wird. Andere Stellen, so auch Du gehen von einem schnelleren Verbrennungsvorgang aus. Was stimmt denn nun?
Außerdem habe ich gelesen, daß der ZZP Richtung früh verstellt werden müßte (Wieviel eigentlich?), um von der Seite eine optimale Verbrennung herbeizuführen. Dieser Umstand spräche doch für einen langsameren Brennvorgang… ?
Grüße
Martin