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Thema:
eröffnet von Eisbaerliner am 28.06.10 21:01
letzter Beitrag von Fletch am 21.07.10 05:34

1. Verbrennungstemperaturen usw.

geschrieben von Eisbaerliner am 28.06.10 21:01
Die Verbrennungstemperatur von Gas ist 1925°C , Benzin 1986°C und von Diesel 1948°C ansich ist völlig uninteressant! 1900°C würde kein Ventil aushalten. Der Temperaturverlauf nimmt während des Expansionstaktes stark ab. Die Bauteile des Brennraumes sind alle gekühlt, denen tut also die reine Verbrennungstemperatur von 1900°C und mehr nicht weh. Kritisch wirds für die Ventile, speziell Auslaß, exakt dann, wenn sie aufgehen müssen. Dann verlieren sie kurzzeitig den Kontakt zum Zylinderkopf und damit zum Kühlkreislauf. Und ausgerechnet in dem Moment strömt da auch noch Abgas vorbei - unangenehm. Die Ventile nehmen in dieser Zeit eine enorme Wärmemenge auf (da sie sie ja gerade nirgendwohin abgeben können), danach kommt beim Schließen der Ventileinschlag, der ziemlich hart ist. Und hier kommt es jetzt auf die Temperaturfestigkeit der Ventile und Ventilsitze an. Entscheidend ist also nicht allein, ob die Teile gehärtet sind (das sind heute ALLE Ventile und ALLE Ventilsitze, auch die in JEDEM Chevy -Motor !), sondern welche Festigkeit sie bei hohen Temperaturen haben. Entscheidend ist aber wie gesagt nicht die Verbrennungstemperatur, sondern die am Ende des Expansionstaktes übrig gebliebene Abgastemperatur. Und die ist bei Gas deutlich heißer als Benzin (Benzin im Saugmotor ca. 850...900°C, bei Gas können es schon mal 950°C und mehr werden.)
Entscheidend hierfür ist die Wärmebilanz des Motors. Es geht immer ein Teil der Gesamtenergie in die mechanische Leistung (logisch), ein Teil ins Kühlwasser, ein Teil in die äußere Wärmeabstrahlung des Motors, und ein Teil eben in´s Abgas. Und hier kommt der Unterschied zwischen Benzin und Gasen zum Tragen (sowohl CNG als auch LPG). Benzin besteht aus ringförmigen Kohlenwasserstoffen, die zur Verbrennung aufgecrackt werden müssen. Dies geschieht nur unvollständig, es bleiben Restmolekülketten übrig (die man als HC-Emissionen kennt), und diese können im Abgas Wärme aufnehmen. CNG und auch LPG haben nur sehr kurze Molekülketten (CNG eigentlich gar keine), daher bleiben im Abgas weniger Restmolekülketten übrig. Die Folge ist, daß das Abgas eine geringere spezifische Wärmekapazität hat. Es kann also pro Kilogramm und Kelvin Temperaturerhöhung weniger Wärme aufnehmen als das Abgas der Benzinverbrennung. Um jetzt aber aus der Wärmebilanz dieselbe Energiemenge abzuführen (was es nunmal muß), kann sich also nur ein höheres Temperaturniveau einstellen. Deshalb haben kurzkettige Kraftstoffe (auch Ethanol oder Methanol) im Motor immer eine höhere Abgastemperatur.
Und dafür sind die meisten Motoren von Haus aus nicht ausgelegt.
Flashlube vernebelt nicht einfach, und transportiert auch keine Wärme. Der Trick bei Flashlube ist, daß es eine Flüssigkeit ist, die (ähnlich dem Benzin) im Ansaugtrakt verdampft, also ihren Aggregatzustand ändert, von flüssig nach gasförmig. Bei diesem Verdampfen braucht jede Flüssigkeit Energie, die sie ihrer Umgebung entzieht (Verdampfungsenthalpie). Eine Flüssigkeit nimmt also beim Verdampfen Wärme auf. Dieser Effekt geht im Motor verloren, wenn der Kraftstoff, den man in den Ansaugtrakt gibt von vornherein schon gasförmig ist, CNG oder LPG (nach dem Verdampfer). Flashlube simuliert also nur vor der Verbrennung die fehlende Verdampfungskühlung, die man sonst mit Benzin gehabt hätte. Es sorgt damit dafür, daß man nicht schon beim Verdichten, also bevor die Verbrennung überhaupt stattgefunden hat, schon höhere Temperaturen erreicht, als mit Benzin. Damit erhöht es die Standfestigkeit eines Motors schon, die Abgastemperatur bleibt aber trotzdem noch höher als im Benzinbetrieb. Flashlube tut vor allem den Einlaßventilen gut, die im Benzinbetrieb von der Verdampfungskühlung profitieren und im Gasbetrieb nicht mehr.
Das mit dem "Schmieren" ist so eine alte Mär. Schmieren tut man weder mit Benzin noch mit Flashlube irgendwas am Ventilsitz, das hat auch früher Blei nicht getan, und Ventilsitze müssen auch nicht "geschmiert" werden.
Was man wohl erreicht, ist eine gewisse Dämpfung. Wenn das Ventil am Ende seines Hubes im Ventilsitz aufsetzt, ist dies ein ziemlich harter Schlag, Metall auf Metall, der noch dazu ziemlich oft vorkommt . Wenn jetzt auf dem Einlaßventil noch ein kleiner Kraftstoffilm sich abgesetzt hat, dämpft der den Einschlag. Beim Auslaßventil übernehmen diesen Part die Abgasbestandteile (z.B. auch Ruß). Wenn man jetzt im Ansaugvorgang gar keine Flüssigkeit mehr hat, fehlt diese Dämpfung, ebenso wenn man im Abgas weniger übriggebliebene Molekülketten oder Ruß hat, hat man geringere Dämpfung. Dies ist aber eher ein sekundärer Effekt, und "Schmierung" ist eigentlich das falsche Wort dafür. Der Temperatureinfluß ist deutlich größer.
2. RE: Verbrennungstemperaturen usw.

geschrieben von bedford am 29.06.10 08:26
Hi EISBEARLINER,
danke für den excellenten Beitrag.

So präzise hat mir das noch keiner erklärt.
Mein Wissen hat gerade soweit gereicht, daß ich den G20 nicht auf LPG umrüste.

VG
Volker
3. RE: Verbrennungstemperaturen usw.

geschrieben von Darkrider am 02.07.10 07:35
wow!
danke klaus! dein beitrag ist echt klasse!
sogar technik nullen wie ich können den verstehen..
zumindest werde ich über einen gas umbau noch einmal gründlich nachdenken.
noch mal vielen dank für deine mühe!!!!

beste grüße steffen
4. RE: Verbrennungstemperaturen usw.

geschrieben von europe tourer am 03.07.10 21:08
Die Emfehlung ist doch eigentlich immer die selbe für bauartbedingt veränderte Motoren , sei es mit LPG oder Methanol/Ethanol oder Octanboostern etc. Verd. erhöhen usw.!
Was in einem Brennraum so vor sich geht, da kann man sich ja schon mal anschauen !
Die Ventile sollten optimaler Weise zusätzlich gehärtet sein und evtl. noch gekühlt (incooling)!
Den Aufwand betreiben die wenigsten !
Ich habe kein Flash Lube und die Mühle rennt seid 3J. auf LPG! Zu dem möchte ich an fügen das lpg Gas mit umgerechnet 112 Oktan sehr viel weicher verbrennt als Benzin ! Genau darin liegt auch das
Geheimnis , da die mechanischen Bauteile eben lange nicht so belastet werden !! Uns fehlen zwar 10% da nicht so effektiv wie Benzin , aber der o.g. Vorteil überwiegt , obwohl wir des weiteren auch nicht die effiziens von Benzin oä. erreichen können , wegen dem Verbrennungsverlauf von lpg!
Die meißten lpg gas motoren erreichen sehr hohe Laufleistungen auf Niveau von Dieselmotoren , da die mechanische Belastung der Bauteile wesentlich geringer ist! Wenn man bedenkt das beim SB 350 cui Verdichtungen von jenseits der 11, in jedem gut getunten Motor schon fast die Regel sind,
erscheint mir der Temperaturverlauf mit genügend LUFTZUFUHR als eher UNKRITISCH bei den Serienmotoren !
5. RE: Verbrennungstemperaturen usw.

geschrieben von bedford am 03.07.10 21:42
Mein lieber Europatourer,
im Gegensatz zum ursprünglichen Beitrag, der hervorragend erklärt und physikalisch nachvollziehbar ist, leistest Du das Gegenteil:

Erklär mal, woher Du weißt, daß LPG "weicher" verbrennt....

Persönliche Einbildungen über die Wirksamkeit von
XY sollten eher in die Rubrik Smalltalk
6. RE: Verbrennungstemperaturen usw.

geschrieben von europe tourer am 04.07.10 22:19
Mein lieber bedford ;
Ich war weder der Meinung , das der voran gegangene Beitrag falsch noch physikalisch unrichtig erklärt ist, ich halte Ihn vielmehr für sehr gelungen und Klasse, habe Ihn also sehr gut gelesen,da er mich auch interessiert! Es könnte aber stark der Eindruck erweckt werden, das LPG Gasanlagen grundsätzlich Motoren thermisch überfordern und das Auslaßventile reihenweise in die Tonne gehen, dem ist definitiv nicht so, was in 1. Linie die Praxis erweist! Es hieß glaube ich Verbrennungstemperaturen usw., daher meine Ergänzung zu der Thematik! Aus sicht der mech. Belastung ist lpg wohl klar im Vorteil ;gleichmäßige Verbrennung contra Explosion! Weder wollte ich jemanden verunsichern,noch den Artikel in irgendeiner Art und Weise kritisieren , jedoch gehört zu dem Thema lpg nicht nur die Thermik ( und dies hat nix mit irgendwelchen Einbildungen oder so zu tun )! Wenn man von thermischer Belastung spricht , so gibt es immer noch die mechanische Belastungen , ein Hubkolbenmotor ist und bleibt nun einmal das was er ist !
Gruß
7. RE: Verbrennungstemperaturen usw.

geschrieben von Fletch am 21.07.10 05:34
Kraftstoff kann nur in Dampfform brennen.

Stellen Sie als einfaches Experiment eine Tasse mit Kraftstoff an einen geeigneten Platz und zünden sie ihn an. Sie werden sehen, dass nur der Dampf brennt. Und auch mit der Hitze der Verbrennung dauert es ungefähr zwei Stunden, bis der Kraftstoff verbrannt ist.

Ihr Motor läuft mit Kraftstoffdampf.
Er wurde dafür entworfen, muss und wird immer mit Dampf laufen.

Der Kraftstoff kommt in Ihre Zylinder als ein Gemisch von verdampftem Kraftstoff und Luft und einem Anteil flüssigen Kraftstoffs.

Es spielt keine Rolle, wie viel flüssiger Kraftstoff in Ihren Motor gelangt – flüssiger Kraftstoff brennt nicht.
Jeder Kraftstoff, der flüssig ist, wenn der Zündfunken kommt, trägt nichts zur Leistung Ihres Motors bei.

Ihr Vergaser verdampft nicht den Kraftstoff. Er funktioniert auf einem Verdampfungsprinzip das im Endeffekt bedeutet: Je größer die Fläche des Kraftstoffs, die man der Luft aussetzt, desto schneller verdampft der Kraftstoff und umso größer ist die insgesamt verdampfte Menge.
Bei allen praktischen Anwendungen mischt sich der verdampfte Kraftstoff mit Luft (Sauerstoff). Das System wird seit mehr als hundert Jahren verwendet, weil es praktisch, sicher und preiswert ist. Der Vergaser erzeugt eine große Oberfläche indem er sehr kleine Kraftstoff-Tröpfchen erzeugt. Es ist leicht zu verstehen, dass ein „Spray“ leichter verdampft als eine reine Flüssigkeit. Das Problem ist, dass diese Tröpfchen nicht komplett verdampfen - sie haben einfach keine Zeit in den paar Millisekunden vor der Verbrennung.

Der Kraftstoff, den ein konventioneller Vergaser liefert braucht ungefähr 25 Millisekunden zum Verbrennen.
Ein Motor mit 2000 Umdrehungen pro Minute hat einen Kolbenweg vom oberen Totpunkt bis zu Öffnen der Auslassventile von ca. 3 bis 5 Millisekunden, abhängig vom Hubraum und Motortyp.
Auch wenn man den Zündzeitpunkt vor den oberen Totpunkt legt, kann der Kraftstoff immer noch brennen, wenn er in die Abgasanlage strömt. Dies überhitzt den Motor, verbrennt die Auslassventile und verschwendet Energie.

Wie kann man diesen Nachteilen, insbesondere der Ãœberhitzung vorbeugen?
Dazu betrachten wir den Ablauf der Verbrennung von Kraftstoff in einem Motor, der kaum bekannt ist, auch bei den meisten Mechanikern nicht.

Die Verbrennung läuft in einem Zylinder läuft in zwei Stufen ab.
Stufe 1

beginnt, wenn die Zündkerze einen Funken liefert. Der Funke entzündet den Kraftstoff, der vorher in ein Luft-Kraftstoffdampf-Gemisch umgewandelt wurde. Fossile Brennstoffe können nur in einem gasförmigen Zustand - mit Sauerstoff gemischt - verbrannt werden.
Das Gemisch im Motor enthält aber noch flüssige Bestandteile.
Stufe 2

Die Verbrennung der Stufe 2 folgt der ersten so schnell nach, dass es wie eine einzige Explosion aussieht. Die Explosion nach der Entzündung des Luft-Kraftstoffdampf-Gemisches der Stufe 1 erzeugt genug Hitze und Druck, um einen weiteren Kraftstoffanteil, der im Moment des Zündfunkens noch flüssig ist, zu verdampfen und zu entzünden. Der größte Anteil dieser zweiten Explosion treibt aber nicht wirklich Ihr Auto an! Die Zeit, die vergeht, bis der flüssige Kraftstoffanteil verdampft, sich mit Luft gemischt hat und dann verbrennt, ist zu lang (25 Millisekunden).

Sie müssen aus zwei Gründen eine schnelle Explosion erreichen.
Erstens haben Sie nicht genug Zeit, da Sie die größte Leistung durch die Explosion des Kraftstoffs zu einem präzisen Zeitpunkt und mit einer bestimmten Dauer erhalten und Zweitens bekommen Sie umso mehr mechanische Energie, je schneller die Explosion abläuft.
Wie sieht der Ablauf nun bei einem herkömmlichen Vergaser aus?

Sie bekommen nur einen Bruchteil der Energie, wenn sich der Kolben nach unten beschleunigt – die Explosion ist nicht schnell genug, um der Bewegung des Kolbens zu folgen. Die Geschwindigkeit der Kraftstoffverbrennung beträgt ungefähr 30,5 Meter pro Sekunde (109,7 km/h). Der Kolben erreicht 45,7 Meter pro Sekunde(164,6 km/h).
Die langsame Verbrennung nach der anfänglichen Explosion bringt also keine mechanische Energie, sondern nur Wärmeenergie, die den Motor überhitzt.

Die übliche Lösung, der Überhitzung vorzubeugen, ist, extra Benzin - in flüssiger Form - hinzuzufügen, um die Explosion bzw. die Verbrennung kurz nach Ihrem Beginn abzukühlen und zu stoppen. Die Zündkerze entzündet ja nur den kleinen Anteil des Kraftstoffes, der als Luft-Kraftstoffdampf-Gemisch vorhanden ist. Nach der Explosion dieses Gemisches wird der zusätzliche, flüssige Kraftstoff verdampft. Die Verdampfung führt mit dem zusätzlichen Kraftstoff zu einem Gemisch, das zu fett ist, um zu verbrennen und die Verbrennung hört auf.

Benzinmotoren pumpen tatsächlich große Mengen an zusätzlichem Kraftstoff in den Motor, nur aus dem Grund, die Wärmeentwicklung nach den Explosionen in den Zylindern zu kühlen und zu stoppen.
Der unvollständig verbrannte Kraftstoff der „traditionellen“ Verbrennung wird vom Motor ausgestoßen. Er verschmutzt die Umwelt oder wird im Katalysator verbrannt. Der Überschuss an kühlendem Kraftstoff verbrennt aber nur teilweise (es entstehen CO und Kohlenwasserstoffe). Mit dem übrig bleibendem Kraftstoff kann man durchaus einen zusätzlichen Motor betreiben (das ist wirklich schon ausprobiert worden).

Die Informationen sind sicher für viele von Ihnen neu. Vielleicht zur Untermauerung ein Beispiel aus der Praxis.
Wenn man das Gemisch mit den Schrauben am Vergaser abmagert, steigen Motor und Auspufftemperatur schnell an und es kommt zu Motorschäden (Kolbenklemmer, Verbrennen der Ventile). Ich habe das selbst bei Go-Karts erlebt. Wen man das Gemisch zu weit abmagert, schafft man oft nur 400 bis 500 Meter, dann ist der Motor fest. Aufgrund dieser Erlebnisse entstand der Mythos, dass ein zu mageres Gemisch den Motor beschädigt.

Das Abmagern des Gemisches beschädigt den Motor nur deshalb, weil die Verbrennung zu lange dauert, weil nach der ersten Explosion nicht genügend Kraftstoff verdampfen kann (weil gar nicht vorhanden) und die Verbrennung mit der entsprechenden Hitzeentwicklung eben nicht abgebrochen wird und keine anderen Mittel benutzt werden, um den Motor zu kühlen.
Überschüssigen Kraftstoff zum Kühlen zu benutzen ist nur für bestimmte Interessengruppen gut, die wollen, dass wir viel Kraftstoff verbrauchen.
Möglichkeiten

Die Überhitzung kann z.B. vermieden werden, wenn man den Kraftstoff vollständig verdampft und mit Sauerstoff mischt, bevor die Zündkerze zündet. Das Gasgemisch braucht dann nur 3 bis 7 Millisekunden, um vollständig zu verbrennen. Dies ist genau die richtige Zeitdauer, um den überwiegenden Teil der Wärmeenergie in mechanische Energie umzuwandeln. Der Verbrennungsvorgang ist dann abgeschlossen, bevor die Auslassventile öffnen.
Wenn Sie also eine schnellere Verbrennung haben wollen, müssen Sie den Kraftstoff schneller in Dampf verwandeln. Also ist das Erste, womit wir uns beschäftigen wollen, die Verdampfung von Kraftstoff.

Ihr Vergaser verdampft indem er eines der vielen Verdampfungsprinzipien verwendet.
Um mehr Dampf zu bekommen, müssen Sie prinzipiell einfach die Oberfläche des Kraftstoffs gegenüber dem Sauerstoff vergrößern. Ihr Vergaser macht das, indem er den Kraftstoff in sehr kleine Tröpfchen versprüht. Je kleiner die Tröpfchen, umso größer die Oberfläche des Kraftstoffs. Seine Dampfproduktion ist aber relativ begrenzt.

Wünschenswert sind ergänzende Systeme, die zusätzlich Kraftstoffdampf in den Motor einspeisen.
Das HyCO 2A, das später noch beschrieben wird, ist solch ein zusätzliches System, das nur zusammen mit dem vorhandenen Kraftstoffsystem eingesetzt werden kann. Wenn das vorhandene System allerdings mangelhaft ist, werden Sie nicht das volle Potential ausschöpfen können.
Der Kraftstoff kommt in Ihre Zylinder als ein Gemisch von Luft und Kraftstoffdampf und Flüssigkeit. Die Erhöhung des Kraftstoffdampfes der in die Zylinder geht, würde schnell zum Absterben des Motors führen, weil insgesamt zu viel Kraftstoff vorhanden wäre (zu fettes Gemisch).

Wenn Sie also die Kraftstoffverdampfung fördern, müssen Sie die Kraftstoffmenge des regulären Systems reduzieren, damit das Gemisch nicht zu fett wird.

Eine „Vergaser-Erweiterung“ ermöglicht die Kraftstoffreduzierung und eine höhere Verdampfung und Sie haben trotzdem noch das gleiche Luft- /Kraftstoffdampf Verhältnis (dass ist etwas anderes als das Luft-/Kraftstoffverhältnis, das über die Schrauben des Vergasers eingestellt werden kann).

Die „Vergaser-Erweiterung“ ist eine einfache Möglichkeit zur Reduzierung der Kraftstoffmenge durch die Erzeugung eines geringen Unterdrucks im Schwimmergehäuse des regulären Vergasers. Das schöne ist, dass diese Vergaser-Erweiterung bereits eine höhere Kilometerleistung bringt, bevor man einen zusätzlichen Verdampfer wie das HyCO 2A anschließt. Der Vergaser wird durch die Druck-„Balancierung“ plötzlich effizienter.

Wir empfehlen also zunächst die Vergaser-Erweiterung einzubauen und zu justieren und erst danach das HyCO 2A zu installieren.
Sie haben die Möglichkeit die Effizienz noch weiter zu verbessern, indem Sie die optionale Handversion, die Unterdruckversion, die elektronische Version oder eine beliebige Kombination verwenden.
Wassereinspritzung

Um dem genannten Überhitzungsproblem vorzubeugen wird zusätzlicher Kraftstoff in flüssiger Form benutzt, der die Flamme kurz nach Ihrem Beginn löscht. Der Zündfunke zündet den kleinen Anteil Kraftstoff der als Luft-Kraftstoffdampf vorliegt. Wenn dieser Dampf brennt, heizt er den zusätzlichen Kraftstoff auf, so dass dieser verdampft. Er entzieht dabei der Verbrennung Wärme und kühlt den Motor). Das Gemisch wird zu fett und die Verbrennung stoppt.
Es gibt aber einen besseren Weg Ihren Motor zu kühlen:
Es ist die Wassereinspritzung.

Wenn die Zündkerze den Kraftstoffdampf entzündet, dann verwandelt die Hitze der Explosion das Wasser in Wasserdampf. Diese Umwandlung entzieht soviel Wärme, dass die Explosion erlischt. Wasser erfordert große Mengen Wärme, damit es sich in Wasserdampf verwandelt, dies wiederum verringert die Verbrennungstemperatur unter den Entzündungspunkt des Kraftstoffs. Wenn das Wasser sich in Dampf verwandelt dehnt es sich um den Faktor 1500 aus, erhöht so die Kompression und drückt den Kolben nach unten.

Diese Methode erzeugt ein kühleres Abgas mit geringer oder ohne Bildung von Kohlenstoffablagerungen in den Zylindern. Sie erlaubt Ihnen die Kraftstoffzufuhr zu verringern, ohne den Motor zu beeinträchtigen. Auch Propansysteme haben einen Vorteil mit dieser Methode haben.

Sie können ein Wasserdampf-Einspritzsystem bauen, indem Sie ein Belüftungsrohr bis zum Boden eines festen Behälters führen (ein „weicher“ Behälter würde dem Unterdruck nicht standhalten) und das Luft- /Wasserdampfgemisch oben mit einem Schlauch aus dem Behälter ziehen, der mit dem Unterdruck im Ansaugstutzen verbunden ist. Steuern Sie das Volumen mit einem Absperrventil.
Die Wasserkapazität dieser Wassereinspritzung beträgt ca. 2 Liter. Ich fülle sie nur halbvoll und das reicht für 5 Tankfüllungen Kraftstoff. Für die Wasserdampfeinspritzung brauchen Sie keinen großen Vorratsbehälter, ½ Liter ist angemessen.

Quelle George Wiseman

LG
FLETCH

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