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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.
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57 Antworten
Wieso bei einer höheren Abbrandgeschwindigkeit mehr Zeit zum Kühlen ist verstehe ich nicht ganz. Die Zeit ist doch nur abhängig von der Drehzahl oder nicht?
Was ist denn jetzt genau deine Frage?
Zitat:
@Fexplorer schrieb am 25. August 2017 um 11:05:41 Uhr:
Wieso bei einer höheren Abbrandgeschwindigkeit mehr Zeit zum Kühlen ist verstehe ich nicht ganz. Die Zeit ist doch nur abhängig von der Drehzahl oder nicht?
Nein, wenn Gas expandiert wird es kalt (wie bei der Klimaanlage beispielsweise).
Wenn das Gemisch kurzt nach OT abgebrannt ist, expandiert es durch die Abwärtsbewegung des Kolbens und daurch wird es kälter (nicht nur allein aufgrund der längeren Zeit).
Wenn ein mageres Gemisch länger brennt, brennt es beispielsweise noch den halben Weg während der Kolben nach unten geht. Dadurch ist dann weniger Expansion übrig und es kühlt nicht mehr so stark ab.
Daher fettes Gemisch, schnellerer Abbrand, dadurch mehr Expansion fürs Abgas und damit kühler.
Zitat:
Was ist denn jetzt genau deine Frage?
Ob das so stimmt, in dem Link kommt das nämlich nicht so rüber (vielleicht auch nur ungeschickt geschrieben oder ich kapiers nicht).
Gruß Metalhead
Kommt mir etwas spanisch vor. Im Zylinder ist ja immer Gas welches expandiert. Egal ob der Verbrennungsprozess abgeschlossen ist oder nicht.
Ich könnte mir eher vorstellen, dass eine schnellere Verbrennung zu einer höheren Temperatur führt weil weniger Zeit bleibt wärme abzuführen.
Grüße
Zitat:
@Fexplorer schrieb am 25. August 2017 um 11:22:44 Uhr:
Im Zylinder ist ja immer Gas welches expandiert. Egal ob der Verbrennungsprozess abgeschlossen ist oder nicht.
Macht IMHO schon Sinn. Bei der Verbrennung wird (keine Ahnung) 1000°C erzeugt und ob das Abgas dann von 50 Bar auf 10 Bar oder von 25 Bar auf 10 Bar expandiert wird sollte schon einen Unterschied machen.
Gruß Metalhead
Ja stimmt da hast du Recht. Auf der anderen Seite wäre die Anfangstemperatur kühler da noch nicht so viel Kraftstoff umgesetzt wurde.
Nachtrag:
In dem Bericht von GaryK geht es um die Abgastemperatur nicht die Brennraumtemperatur. Das hatte ich überlesen. Eine verschiebung der verbrennung in Richtung spät senkt die Brennraumtemperatur aber erhöht die Abgastemperatur.
Grüße
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.
Danke für die Aufklärung.
Zitat:
@GaryK schrieb am 25. August 2017 um 14:25:20 Uhr:
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).
Also Lambda < 1 geringere Spitzentemperatur (und damit logischerweise kühleres Abgas).
Aber warum ist dann die beste Leistungsabgabe bei ungefähr Lambda 0.85?
Wegen schnellerer Verbrennung (bevor der Kolben zu weit unten ist)?
EDID: Kann man diese Erklärung (vorletzter Absatz) so stehen lassen?
Gruß Metalhead
Zitat:
Also Lambda < 1 geringere Spitzentemperatur (und damit logischerweise kühleres Abgas).
Aber warum ist dann die beste Leistungsabgabe bei ungefähr Lambda 0.85?
Wegen schnellerer Verbrennung (bevor der Kolben zu weit unten ist)?
EDID: Kann man diese Erklärung (vorletzter Absatz) so stehen lassen?
Nicht ganz. Wie man aus der Gleichung C + O2 -> CO2 bei lambda=1 bzw. 2C + O2 -> 2CO (doppeltes Volumen) sieht, gibts einen volumetrischen Effekt. Die Aussage "Macht man das „etwas“ Gemisch fetter (Lambda 1,0….0,85; AFR 14,7 . . . ), so wird es zwar -aus Luftmangel- nicht vollkommen verbrannt aber insgesamt wird doch mehr Gas erzeugt, somit der Druck erhöht und deshalb die Leistung gesteigert." ist daher mittelprächtig haltbar und über das entstehende CO statt CO2 "halbwegs" richtig. Nun das fette aber: "Dazu brauchen sie Energie, entziehen deshalb ihrer Umgebung Wärme und kühlen so das Abgas! " ist leider Scheiße hoch drei. Weil die Verdampfungswärme etwa 1,6 Promille(!) der Verbrennungsenthalpie ausmacht. Haupteffekt ist die Flammgeschwindigkeit, Nebeneffekt die ENergieabnahme durch zunehmendes CO statt CO2, die Verdampfungskühlung ist Bullshit.
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.
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
Widerspricht sich IMHO leider selbst. Wenn der Wirkungsgrad bei zu starker Anfettung weiter sinkt, dann muss die Abgastemperatur eigentlich steigen.
Zitat:
@kat2 schrieb am 26. August 2017 um 22:22:51 Uhr:
Das ist die Leistung beim weiteren Anfetten sinkt, ist klar.
Nicht aber, dass die Abgastemp. wieder ansteigt, siehe:
http://i41.tinypic.com/m7evlv.jpg
Das Diagramm ist korrekt.
Siehe auch hier der lamdaverlauf bei hohem ladedruck.
https://www.youtube.com/watch?v=kHqIEXCZbMQ
An dem Mini sieht man den effekt auch kurz. (links afr rechts Egt)
Die egt steigt an ca 922°, die afr sinkt von 11,2 ab auf ca 10,0 und die egt temp sinkt dann kurz danach unter die 900° marke.
Das passiert ab sekunde 14-18 des videos (video anhalten einzelbilder betrachten). Danach steigt der afr wert wieder und die egt mit.
https://www.youtube.com/watch?v=GzxGv6_k27E
Zitat:
@GaryK schrieb am 25. August 2017 um 21:57:10 Uhr:
Haupteffekt ist die Flammgeschwindigkeit, Nebeneffekt die Energieabnahme durch zunehmendes CO statt CO2, die Verdampfungskühlung ist Bullshit.
Ganz großes Kino, dass man diese Begründung trotzdem regelmäßig bei technischen Beschreibungen über neue Motoren lesen kann. 
Klar zieht das was an Energie. Aber die Verdampfungsenthalpie ist nunmal wenige Promille der Verbrennungswärme. Der Unterschied der Ansaugluft-Temperatur zwischen Sommer und Winter ist größer.
Hat der nen EGT Sensor oder ist das berechnet? Weil "berechnet" ist beliebiger Kappes, wenn die Modellannahmen nimmer stimmen. Weil irgendwann erlischt die Flamme in lokal fetten Bereichen, was zwingend zu verzögertem und vor allem unvollständigem Abbrand führt. Zudem kann die Flamme wegen Überfettung nicht mehr gescheit zünden, was ebenfalls deinen ZZP nach hinten verschiebt. Auch das senkt den Wirkungsgrad.