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Problem Propan/Butan-Mischungen?
Hallo Leute,
nachdem ich mich im Herbst über einen kurzfristigen "zu mager" Fehler meiner IGS nach Tanken von 95/5 statt vorher wochenlang 40/60 geärgert hab, hab ich meinen Taschenrechner ausgepackt und nachgerechnet "warum". Das Ergebnis (vorweg gesagt) schmeckt mir gar nicht.
Problem: Propan braucht zum vollständigen Verbrennen mehr Luft als Butan. Das heisst, dosiert man das gleiche Volumen Propan wie Butan ein, so verbrennt ein Gemisch zu mager und das ist exakt der gemeldete Fehler meiner IGS.
Annahme/Lösungsweg/Rechnung:
* wir haben eine Verdampferanlage
* In der Verdampferanlage herrsche konstanter Druck und Dosierventile öffnen dieses Druckreservoir kurz gegen den Ansaugtrakt
* Das Gas verhalte sich physikalisch ideal.
Dichte Propan: etwa 510 g/l, Heizwert 46,2 MJ/kg, Butan 580g/l
und Heizwert 45,6 MJ/kg.
Prinzip einer Einspritzanlage: Wir haben eine kombinierte Phasenmodulation des Einspritzsignals. Je mehr Gas bei einer Drehzahl gegeben werden muss, desto länger machen die Düsen auf.
Vorweg: Wieviel Luft braucht man und welche Durchsätze sind nötig? Nehmen wir 10l LPG auf 100km an und das Auto fahre 100 km7h schnell. Das sind bei einer Dichte von 0.51 kg/l folglich 5.2 Kilo je Stunde. Ein Kilo flüssiges Propan nimmer bei 25°C etwa 554l Gasvolumen ein, bei Butan sinds 420 Liter.
Propan ist C3H8, verbrennt mit 5 O2 zu 3 CO2 + 4 H2O.
Butan ist C4H10, verbrennt mit 6.5 O2 zu 4 CO2 + 5 H2O.
Ein Kilo Propan braucht daher 3.62 Kilo Sauerstoff um zu verbrennen (5 mal MolMasse Sauerstoff/Molmasse Propan) und ein Kilo Butan 3.58 Kilo Sauerstoff. Luft (trocken) hat etwa 23 Masse% Sauerstoff. Daher braucht ein Kilo Propan etwa 15.7 Kilo Luft zum Verbrennen, ein Kilo Butan 15.5. Kilomäßig ist der Unterschied gering.
Betrachtet man das Volumen Ansaugluft je Liter dosierten gasförmigen Kraftstoffs, so wirds hässlich. Ein Kilo Propan hat bei 25°C etwa 554 Liter Volumen, ein Kilo Butan 421 Liter. Ein Kubikmeter Luft wiegt etwa 1.18 Kilo bei 25 Grad. Daraus lässt sich direkt ableiten, daß ein Liter gasförmiges Propan etwa 24 Liter Luft zum vollständigen Verbrennen braucht, ein Liter gasförmiges Butan etwa 31 Liter. Ein Unterschied von rund 30%.
Ok, man fährt nicht reines Butan, aber die 40/60 Mischung im Sommer hat mal eben 16% mehr Luftbedarf als die 95/5er im Winter. Klingt harmlos, aber eigentlich sollte das Gemisch in einem +/- 1 bis 2% Rahmen sein. Und die Einspritzzeiten sind auf Lambda=1 abgestimmt.
Bei Verdampferanlagen kommt etwas verbessernd und diesen Effekt abschwächend dazu, dass Butan ein paar Prozent viskoser ist als Propan. Bei gleichem Differenzdruck fließt also weniger Butan durch den Injektor als Propan, was den Effekt etwas abmindert. Da bin ich noch nicht wissenschaftlich voll durch, Strömungsmechanik ist ein ekliges Thema.... Flüssig-Einspritzer sind übrigens auch von dem Problem betroffen, die jagens eben direkt in den Ansaugtrakt.
Hat jemand die Innendurchmesser und Längen typischer Gasleitungen und Injektoren (also ab Dosierventil), dann kann ich versuchen(!) mal ein Rail durchzurechnen und zu sehen, wieviel da bei Propan oder Butan bei gegebener Einspritzzeit durchgeht.
Jedenfalls passt der stark unterschiedliche Luftbedarf perfekt zum von mir beobachteten Fehler. Und kaum ne Tankfüllung später hatte meine IGS das Wintergas gelernt und alles war wieder im Lot. Nur was machen Leute mit z.B. der Benzinkennfeldgesteuerten Prins VSI? Soviel ich weiß korrigieren die nicht mehr als 10%, siehe diverse Tuner und ab wie viel Prozent Mehrleistung 8und damit mehr Luftdurchsatz) die Motoren neue "Powerchips" brauchen weil die Original-Lambdaregelung das nicht bring und begrenzt. Bei Mantzel und meinem Xe18 Motor scheinen 17% Korrekturfenster bzw. 115 nach 135PS maximal möglich zu sein (Phase 1 Kit). Alles darüber muss nen Chip haben sonst geht der Motor wegen Abmagerung kaputt (Tel-Auskunft).
Jetzt lass einen Umrüster mit Sommergas perfekt abgestimmt haben, tendenziell vielleicht sogar etwas mager um Kraftstoff/Mehrverbrauch zu sparen und der Fahrer tankt im Winter 95/5. Mir deucht, da gibts potenziell ein Problem....
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21 Antworten
also unser schluckt bis jetzt von 40/60 bis 95/5 alles Problemlos außer das er bei 95/5 net ganz so gut zieht bzw etwas mehr verbraucht; aber Kontrollampe hat noch nie geleuchtet weder beim Motor noch bei der Gasanlage; (Daumendrück
)
Hallo GakyK,
upps, da hast' ja mächtig Arbeit reingesteckt! Danke!
Ähnliche Beobachtungen hab' ich an meinem eigentlich
unkritischen 'Sauger' auch erlebt (der wirklich erfahrene
Umrüster hat's erst im dritten Anlauf halbwegs hinbekommen...).
Die BRC sequent24 ist auch eine Benzin-kennfeldgesteuerte
Anlage, so daß die Gasqualität direkt in die Rechnung eingeht.
Mittlerweile läuft meine bei 60/40 (P/B) ordentlich, auch 70/30,
das ich vor kurzem als Wintergas getankt habe, hat
problemlos getan. Nur die eine Füllung 95/5 (weil's weit und
breit nix besseres gab) hat wieder die MIL zum Leuchten
gebracht.
Die LFT (long fuel trim) Lernwerte des Benzinsteuergerät liegen
bei 60/40 immer so zwischen 10 und 18 %, bei 25% (soweit
ich weiss) geht die MIL an und die Regelung 'macht was sie
will', was man am Fahrverhalten und auch am Gasverbrauch
direkt merkt. (Gasverbrauch ca. 25% mehr als Benzin, also
im grünen Bereich...)
Bleibt also als Konsequenz für den 'User' nur: möglichst
immer die Gasqualität tanken, mit der die Anlage eingestellt
wurde. (Und wenn mal eine schlechte Füllung dazwischen ist,
vielleicht nicht in Panik verfallen, nur weil die MIL angegangen
ist...). Und als Konsequenz für alle Tankstellenbetreiber:
Bitte gebt die Gasqualität / Sorte an der Säule an, wenn man
da steht, hat man meistens keinen Zugang zu
www.gas-tankstellen.de...
mfg und Guten Rutsch
Gas_A4
Wo ist da der Denkfehler?
Ich dachte "zu mager" gibts nur, wenn ZU VIEL Luft da ist.
"zu fett" ists dann, wenn ZU WENIG Luft da ist.
Jetz frag ich mich, wenn dein 95/5 mehr Luft braucht als dein 40/60, wie kann der dann zu Mager laufen?
Willst du da drauf raus, dass deine Anlage immer (vereinfacht gesagt) das gleiche Volumen einspritzt und dadurch das ein Liter Propan volumer ist ein Liter Butan und dadurch, dass das gleiche Volumen eingespritzt ist, letztendlich weniger Propan im Zylinder ist, aber die gleiche Menge Luft wie bei erwarteter Butan-Füllung?
Ich dachte immer 95/5 verbrennt mager, weil dieses Gemisch eben WENIGER Luft benötigt als eine 40/60 Mischung.
*verwirrtbin*
Du hast einen Verständnisfehler: 95/5 braucht weniger Luft als 40/60 bzw. 40/60 mehr Luft als 95/5. Die Luftmenge wird jedoch durch die Drosselklappenstellung vorgegeben. Der Kraftstoffbedarf ist über die Einspritzdauer anzupassen.
Ich hab übrigens ein kleines kommerzielles Programm zur Druckverlustrechnung genommen und mal etwa 3mm dicke Leitungen mit Propan und Butan, 30cm lang bei 80°C durchgerechnet. Meine Leitungen an der IGS sehen so aus als könnte das etwa passen. 48l/min Propan gasförmig würden auf die gleiche Luftmenge bezogen 37l reinem Butan entsprechen. Jedoch stellt sich bei ca 42 l/min Butan erst der gleiche Druckverlust der Leitung ein.
Das heißt, die höhere Viskosität von Butan kompensiert etwa 50% der sich einstellenden Überfettung wenn man Propan als Referenz nimmt. Es fliesst definitiv weniger Butan durch einen Schlauch bzw. eine Düse als wenn Propan anliegt.
Referenziert man Butan, so kommen etwa 50% des zusätzlich benötigen Gasstroms aus der niedrigeren Viskosität von Propan (es fliesst durch die gleich lange und dicke Leitung einfach mehr), den Rest muss per Lambda-Regelung korrigiert werden.
Praktisch heisst das: Ein Motor sei perfekt mit Propan eingeregelt ist es sollen etwa 48l/min durch den Gasdosierer gehen. Nun schaltet man auf reines Butan um (macht keiner, aber hier egal), so müsste man nur noch 37l/min eindosieren. Das Einspritzventil weiss nichts davon, die Öffnungszeiten bleiben gleich und in den Düsen/Leitungen wird sich bei gleicher Öffungsdauer bei etwa 42l/min der gleiche Druckverlust wie vorher einstellen. An diesem Punkt hat das Butan den gleichen "Strömungswiderstand" entlang die Einspritzleitung aufgebaut wie das Propan zuvor. Das heisst, es fliessen 5l/min zuviel Butan in den Zylinder. Oder etwa 15% zuviel Kraftstoff. Was beim Switch von Propan auf Butan zu fett und bei Butan auf Propan zu mager bedeutet.
Glücklicherweise fährt niemand mit reinem Butan, sondern mit irgendwas zwischen 5% bis 60% Butananteil. Die Gase verhalten sich ideal, daher kann man bei einer 50/50 Mischung einfach 50/ der beim Butan berechneten Abweichung nehmen.
Eine übliche 40/60 Mischung (60% Butan) wird also 60% dieser ca 15%igen theoretischen Überfettung erreichen, eine 70/30 nur 30%. Die Frage ist, wieviel Überfettung bzw. Abmagerung wird von dem Kennfeldgeber kompensiert/toliert? Und wieviel Prozent des Korrekturfensters wurden mit der Anlagenkalibrierung bereits genutzt, das heißt wieviel Korrekturspielraum bleibt in die gewünschte Richtung übrig bevor die Anlage sich weigert weiter in die Richtung zu korrigieren?
Allerdings hab ich die Leitung für einen statischen Fall gerechnet (1.5 nach 0.5 bar Druck), da in Wirklichkeit Druckwellen durch die Leitungen gehen sind auch abweichende Ergebnisse möglich. Nur fehlt mir dazu das Simulationsprogramm und die Fachkenntnis. Wenn ich so nebenbei Computational Fluid Dynamics könnte, würd ich ganz sicher keinen 8 Jahre alten Vectra fahren ;-)
Flüssigeinspritzer:
Wenn ich das Problem ganz vorsichtig und wieder für den statischen Fall einer Einspritzdüse rechne (hohe Reynoldszahlen in einem Rohr), dann ist der Flüssigeinspritzer von diesem Phänomen sogar noch etwas stärker betroffen. Beim schalten von Butan auf Propan und gleichen Einspritzzeiten komm ich (vorsichtig gerechnet) auf eine etwa 20% zu kurze bzw. zu lange Einspritzdauer, ne nachdem auf was man referenziert. Die Dimension des Problems ist also praktisch die gleiche, eher noch ein paar Prozent schärfer. Aber hier trau ich meiner Prognose weniger weit, da theoretiscvh eine Zweiphasenströmung (gas/flüssig) des expandierenden LPG gerechnet werden muss und das übersteigt meine Kenntnisse und Möglichkeiten deutlich.
/GaryK
der nun an Neujahr genug gerechnet hat um nicht einzurosten.
Re: Problem Propan/Butan-Mischungen?
Zitat:
Original geschrieben von GaryK
Problem: Propan braucht zum vollständigen Verbrennen mehr Luft als Butan. Das heisst, dosiert man das gleiche Volumen Propan wie Butan ein, so verbrennt ein Gemisch zu mager und das ist exakt der gemeldete Fehler meiner IGS.
Irgendwie verwirrst du mich Gary... Einmal sagst du Propan braucht mehr Luft und einmal sagst du Propan braucht weniger.
Was ist da nun richtig?
Ob der Motor zu mager oder zu fett läuft muss sich daran ausmachen lassen wieviel Sprit bei welcher Drosselklappenstellung eingespritzt wird und welches Gemisch das ist.
Das die unterschiedlichen Gemisch-Arten unterschiedliche Volumina in der gleichen Zeit durchbringen versteh ich ja, aber das mit dem Luftbedarf... da bin ich noch verwirrt.
Sorry, da muss ich mich korrigieren.
s/mehr/weniger.
Scheiße wenn man vor lauter "mehr" und "weniger" direkt den ersten Dreher im einleitenden ersten Satz nicht sieht und dadurch Verwirrung stiftet.
Es braucht zum Verbrennen natürlich weniger Luft als Butan, daher ist auf einmal relativ gesehen mehr Luft im Zylinder und das Gemisch verbrennt zu mager. So ists richtig, Mea Culpa.
Genau Gary, das meinte ich damit. Jetzt ist mir das auch klar und ich verstehe es
Allen erst mal ein gesundes neues Jahr...
Also wenn ich auch was zum Thema beitragen darf; Ich bin der festen Überzeugung, dass trotz der sicher nicht falschen Berrechnungen von GaryK, eine leidlich ordentlich eingestellte Anlage mit so ziemlich allen gewöhnlicherweise vertriebenen Gasmischungen zurecht kommen sollte, ohne das irgendwie die Gefahr entsteht, dass der Motor Schaden nimmt.
Gut wäre es aber sicher, wenn zur Anlageneinstellung von den Umrüstern eine standartsierte Mischung genommen würde, die beim Mittelwert (60/40 oder 70/30) der möglichen Gasmischungen läge, denn auch ich hatte letzten Sommer ein Problem, welches ich (da der Fehler nie mehr auftrat) auf einen zu "hohen" Butananteil zurück führe. In der Slowakei habe ich offensichtlich 20/80 oder gar noch mehr Butan getankt, die Anlage wurde nachweislich mit 95/5 einstellt und das führte dazu, dass die Gasanlage mehrfach auf Benzinbetrieb umschaltet. Nachdem ich wieder in der Tschechei und bei uns getankt habe war der "Fehler" weg (seit nunmehr über 9000 km).
Wer mehr wissen will, HIER! steht´s ausführlicher.
Gruß tom 
hallo,
ich kann ähnliches anhand meines boardcomputers erkennen. mit wintergas merkt man, dass angefettet wird (verbrauch erhöht sich laut bc beim umschalten auf gas). d.h. die lambda-sonde korrigiert das schön.
was ist aber, wenn ich volllast fahre, sprich die lambdaregelung ausgeschaltet ist? besteht hier nicht die gefahr, dass der motor zu mager läuft, ohne dass irgendetwas gemeldet wird?
mfg, survivor
@TOM
Bei einer reinen das Benzinkennfeld umrechnenden Anlage kann und hat die Gasanlage nix mit der Lambda-Regelung zu tun. Die rechnet lediglich die Einspritzdauer unter Benzin auf eine äquivalente unter Gas um. Das wars. Wenn der Benzinrechner (der nicht weiß dass er unter Gas betrieben wird) sich innerhalb der typischen Abweichungen von z.B. Superbenzin bewegt wird er ggf. durch die weit höhere Spannweite bei Sommer/Wintergas in Probleme geraden.
@GaryK
Die Prins lässt sich aber an die Lambdaregelung anschließen (bei mir ist das offensichtlich so) und daher meine Theorie (ich bin Laie!) - wenn der Lambdawert nicht mehr eingehalten werden kann (auf Grund abweichender Parameter - hier die Gaszusammensetzung), schaltet die Anlage in den Benzinbetrieb zurück - da sie ja nicht in die Einspritzmengen eingreifen kann.
Gruß tom
Hallo.
@GeryK
Bezieht sich Deine Beobachtung, dass die Motorkontrolllampe beim Umstieg von 40/60 auf 5/95 angeht, auf ein Motor mit Euro 3 oder Euro 4 Einstufung?
Wenn ja, dann mache ich mir mal den Spass und fahr meine jetzige 40/60 Mischung ganz leer und tanke dann 5/95 er.
Bisher ist meine Kontrolllampe nie angegengen. (Ausnahme war ein defekter LMM kurz nach der Umrüstung)
Ich habe aber einen massiven Mehr- oder Minderverbrauch bei den unterschiedlichen Gasen festgestellt.
Gruss Jörg
@Jörg
Euro3 / D4 Norm.
Ob die MKL angeht ist auch eine Einstellungsfrage des PKW-Herstellers und wie gesagt eine Frage der Korrekturfähigkeit der "Benzinregelung". Ab wann sind Abweichungen temporär und ab wann muss man den Kunden nerven, denn eigentlich heisst die MKL "bring mich Werkstatt" und bedeutet "Ärger".
Die Frage ist auch, ob die vollsequenzielle Anlage ausschließlich das Benzinkennfeld umrechnet oder ob die sich selbst noch das Lambda besorgt (digital ausliest) und eine eigene dem Benzinkennfeld übergeordnete Langfrist-Korrektur hat. Das macht für den Fall Sinn, wenn Korrekturgrenzen dauerhaft erreicht werden. und das Lambda dennoch nicht stimmt. Leider wird sowas NICHT in der Betriebsanleitung der Gasanlage stehen.
Bei meiner IGS mit einem eigenen Kennfeldrechner kann ich die Regelgrenzen einstellen und wenn ich die halbiere, so kann ich den Gasrechner durch "selektives Tanken" durchaus zur Ausgabe eines Fehlers bewegen. Ich bleib an dem Thema jedenfalls dran. Leider hab ich keine Vollversion meiner IGS Software, als daß ich gezielt ein mittleres 70/30 Gemisch "tanken" kann, das Kennfeld darauf einstellen und dann mit 95/5 und 40/60 meine Versuchsfahrten machen kann. Schade daß Abgasprüfstände so selten und teuer sind ;-)
Hi,
vielleicht kannst Du Dir mit einer Breitband-Lambdasonde behelfen, die ist nicht so teuer.
http://www.lambdatool.de/download/Lambdatool%20Anleitung%20(LM-1).pdf
Gruß
Stefan