Frage zur Klopffestigkeit

Dazu zur Einführung erstmal ein Text, den schrauber vor einiger Zeit mal gepostet hat. Den genauen Threat habe ich jetzt auf die Schnelle nicht gefunden:

Zitat

Original von schrauber
Nur so zur Info:
Der Motor erkennt überhaupt nicht wieviel Oktan der Sprit hat.
Die Regelung funktioniert vollkommen anders. Nämlich simpler. Da wird kein Sprit analysiert und die Oktanzahl erkannt. Das wäre viel zu aufwändigt.

Dazu muss man erstmal klären, warum mehr Oktan überhaupt Sinn machen können.
Generell ist es so, das Benzin mit mehr Oktan nicht mehr Energie enthält. Die enthaltene Energiemenge ist die Gleiche.
Übrigens, Bioethanol hat noch viel höhere Oktanzahlen. Der Energiegehalt ist aber geringer als bei Benzin.
Die Oktanzahl ist also kein Maß für die enthaltene Energie.
Damit ist auch klar, das mehr Oktan nicht gleich mehr Leistung bedeuten kann. Wenn Mehrleistung heraus kommt, dann ist das nur ein indirekter Effekt.

Das Gemisch wird im Motor gezündet bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat. Klingt erstmal widersinnig, weil ja die Explosion theoretisch den Kolben dann zurück werfen würde. Aber sie soll ihn ja anschieben.
Aber eine Explosion braucht einen Moment um sich zu voller Stärke zu entwickeln. Deshalb wird kurz vor OT gezündet. So das die volle Kraft der Explosion den Kolben ganz knapp nach OT erwischt und damit kräftig anschiebt.
Bis zu einer gewissen Genze ist es also so, das der Kolben umso kräftiger angeschoben wird (also umso kürzer nach OT) umso früher das Gemisch vor OT gezündet wird.

Dieser Sache steht ein blödes Verhalten des Benzins entgegen. Das Gemisch fängt ab einem gewissen Druck an unkontolliert zu verbrennen. Die Folge ist Leistungsverlust. Umso früher man zündet, umso stärker neigt das Gemisch dazu unkontolliert zu verbrennen.
Die Oktanzahl ist ein Maß dafür, bis zu welchem Punkt das Gemisch noch kontrolliert verbrennen kann.
Dabei gilt, je höher die Oktanzahl, umso mehr Frühzündung verträgt es.

Der Motor hat nun einen Klopfsensor. Der Klopfsensor macht nichts anderes, als zu "horchen" ob die Verbrennung noch sauber abläuft oder ob sie unkontolliert passiert (eben ob sie klopft). Wenn die Verbrennung beginnt unkontrolliert abzulaufen, dann wird vom Steuergerät der Zündzeitpunkt so verändert, das später gezündet wird. Das Klopfen hört auf. Aber im Gegenzug wird der Kolben weniger stark angeschoben (siehe oben). Man hat etwas weniger Leistung.
Im Umkehrschluss ist es so, das ohne Klopfen früher gezündet werden kann, wenn der Sprit mehr Oktan hat. Damit wird der Kolben stärker angeschoben (kürzer nach OT) und der Motor bringt mehr Leistung. Indirekt damit auch weniger Verbrauch, wenn man nur eine bestimmte Leistung abfordert.

Begrenzt wird die Regelung durch das Steuergerät. Dieses regelt nur bis zu einem gewissen Grad auf Frühzündung. Und nicht immer weiter. Bei vielen Fahrzeuge (vor allem älteren) ist die Regelung so ausgelegt, das bei 95 Oktan (also Super) schon fast der frühest mögliche Zündzeitpunkt (von der Regelung her) erreicht wird. Wenn man dann 98 Oktan oder noch mehr tankt, dann läuft die Regelung einfach auf Anschlag. Aber das ist dann auch nicht mehr als bei 95 Oktan.
Daher kommt bei älteren Fahrzeugen meist weder weniger Verbrauch noch mehr Leistung heraus.

Bei neueren Fahrzeuge sind bessere Spritsorten dann meistens berücksichtigt. Die können dann auch SuperPlus noch ausnutzen.
Der Effekt ist sowohl bei Saugern als auch bei Turbos vorhanden. Bei Turbos fällt er aber u.U. deutlicher ins Gewicht, weil diese höhere Anforderungen an den Sprit stellen.

Alles anzeigen

Damit erstmal klar ist, was es mit den Oktanzahlen auf sich hat.

Es gibt 2 verschiedene Varianten von LPG anlagen. Vorher sei aber noch gesagt, dass LPG zwar eine höhere Oktanzahl hat, aber weniger Energie hat als Benzin. Daher auch der Mehrverbauch.

Es gibt bei LPG Verdampfer anlage. Das Flüssige Gas wird dabei in den Verdampfer geleitet und dieser "Dampf" dann der Luft zugemischt. Dadurch entstehen bedeutend höhere Verbrennungstemeraturen. Daher auch die Probleme mit den Ventilen bei diesen Gasanlagen.
Ältere Anlagen dieser Art hatten außerdem das Problem, dass sie bei hohen Drehzahlen den Druck nicht halten konnten und so bei voller Beschleunigung, mit einem harten Ruck, auf Benzin geschalten wurde. Bei neueren Anlagen kommt dies kaum noch vor.

Dann gibt es noch die Flüssiggaseinspritzung. Hier wird das Flüssige Gas direkt in die Brennkammer gespritzt. Durch das dortige Verdampfen wird die Temperatur extrem herabgesetzt, was die höhere Verbrennungstemperatur wieder ausgleicht. Außerdem läuft die Verbrennung mit weniger Rückständen ab als bei Benzin. Das schont die Ventile und die Kolben. Diese Anlagen sind absolut Vollgasfest. Durch die extra kühlung bekommt man sogar ein wenig besseren Durchzug. Kann ich aus getesteter Erfahrung berichten. Der Unterschied zu Super+ (98 Oktan) ist gewaltig und der Unterschied zu Ultimate (100 Oktan) ist in der Endgeschwindigkeit deutliche spürbar.

Bei Verdampferanlagen hat man z.T. eine etwas schlechtere Beschleunigung durch die o.g. Gründe. Wenn sie den Druck aber aufrecht halten kann, spührt man auch hier eine höhere Vmax.

Wenn man viele km fährt, dann lohnt sich eine solche Anlage auf jeden Fall.
http://www.amortisationsrechner.de/
Auf dieser Seite kann man sich ausrechnen lassen, ob es sich für einen lohnt.

Aus eigener Erfahrung kann ich von einem Lancer und einem Grandis mit Verdampferanlage berichten. Im Lancer gab es ein paar Probleme aufgrund der hohen Leistung. Im Grandis gibt es seit Jahren keinerlei Probleme. Nur die Ventile müssen von Zeit zu Zeit nachgestellt werden.

Und im neuen Lancer und in meinem Outlander Turbo sind Flüssiggasanlagen verbaut. Ich will sie nicht mehr missen. Die Ventile sehen nach 30t km 1a aus und das Fahrzeug zieht einfach 1a.

Bei einem bekannten mit einer solchen Anlage im Space Star wurde vor kurzem die Kopfdichtung neu gemacht. Da konnte man einen Blick auf die Ventile erhaschen...die sehen aus wie geleckt. Da sahen die von meinem 4g13 (Super, 95 oktan) schlimmer aus.

Das Erdgas oder Autogas eine höhere Oktanzahl haben stimmt soweit.
Es gibt eine Menge Kraftstoffe die eine wesentlich höhere Oktanzahl haben als 100, allerdings sind die in normalen PKW-Motoren oft nicht brauchbar.
Die Oktanzahl und ihre Wechselwirkung zur Effizienz des Motors hängt im Wesentlichen auch von der Zündtemperatur ab.
Die Zündtemperatur wird in herkömmlichen Zylinder/Kolbenmotoren über die Verdichtung geregelt. Das Verdichtungsverhältnis legt in Wechselwirkung zum Kraftstoffgemisch fest wie viel durch Reibung und Verdichtung erzeugte Wärme ein zur Zündung bereitgestelltes Gemisch entwickelt. In derzeit gängigen Verbrennungs-Motoren liegt diese Zündtemperatur bei etwa 250 – 300°C. Sie wird erreicht über eine Verdichtung, die bei Ottomotoren zwischen 9 und 14:1 liegt, bei Dieselmotoren ( die zur Selbstzündung höhere Temperaturen brauchen ) 22 bis 26:1 liegt.

Und hierin liegt dann auch der Knackpunkt, warum sich das wahrscheinlich für sich mit den Oktanzahlen für dich nicht so richtig erschließt. Ja – es gibt höhere Oktanzahlen, bis weit über 100 Oktan, obwohl uns das Aral Ultimate mit 100 Oktan als der Hammersprit verkauf wird, der angeblich auch einen Preisaufschlag bis zu 10 Cent oder mehr rechtfertigt.
Legt man die Zündtemperatur zu Grunde, die in den meisten Ottomotoren konstruktionsbedingt aufgrund der vom Motor erzeugten Verdichtung statisch ist, dann stimmt das sogar. In der Spanne der Zündtemperatur von 250 – 300°C sind die an der Tankstelle normal erhältlichen Spritsorten tatsächlich was besonderes, die speziell auf die Bedürfnisse der Großserien-Verbrennungsmotoren ausgelegt sind.

Kraftstoffarten mit höheren Oktanzahlen erreichen diese auch nur mit einer höheren Zündtemperatur. Reines Methan zum Beispiel hat eine Oktanzahl von etwa 130, erreicht diese Klopffestigkeit aber auch erst bei einer Zündtemperatur von um die 550 – 600°C. Einige synthetisch hergestellte und meist auf Alkohol basierende Kraftstoffe erreichen Oktanzahlen bis 200, haben aber auch sehr hohe Zündtemperaturen – weit über dem, was die normale Verdichtung in einem handelsüblichen Motor als Reibungshitze erzeugen könnte. Sprich : Methan würde sich in einem normal verdichtenden handelsüblichen Motor mit einer Verdichtung, die nur auf etwa 300°C kommt, wahrscheinlich nicht mal richtig entzünden oder wenn, dann einen sehr schlechten Wirkungsgrad erreichen. Der Motor würde reihenweise Fehlzündungen erzeugen und schließlich kaputt gehen.

Damit Methan oder andere hochoktanige ( ich nenn das jetzt mal so ) Kraftstoffe mit hohem Wirkungsgrad verbrennen können, müsste der Motor eine höhere Entzündungstemperatur erzeugen, was eigentlich nur über eine höhere Verdichtung geht. Wenn du aber bei Verdichtungen von 12:1 „nur“ 300°C erreichst, dann stell dir mal vor wie hoch die Verdichtung sein müsste um 600°C zu erreichen. Wahrscheinlich bis zu 4mal so hoch, weil die Reibungshitze nicht proportional zum Verdichtungsgrad ansteigt, sondern von Kraftstoff u Kraftstoff auch noch unterschiedlich ist. Um eine Solch hohe Verdichtung zu erzeugen würde ein herkömmlicher Motor in der aktuellen Bauweise wahrscheinlich vor Kraft von allein aus dem Motorraum hüpfen. Die Kompaktheit der meisten derzeitigen Motoren ( und der Trend geht zu eher zu Miniaturisierung ) würde ich einfach mal behaupten das in so kleinen Motoren ( nehmen wir mal Motoren bis 2 Liter ) Verdichtungsverhältnisse die 600°C erreichen nicht möglich sind. Den Motor würde es zerreissen, Zumindest hätte er keine hohe Lebensdauer. Das wäre aber nicht gut für den Verkauf. Von einem modernen Motor darf eine Laufleistung von 300-500Tausend Kilometern schon erwartet werden. Das würde ein Motor mit so hoher Versichtung aber sicher nicht schaffen. Dafür sind die Kräfte die in ihm wirken einfach zu brachial.

Und das erklärt auch, warum Erdgas oder Autogas trotz höherer Oktanzahl weniger Leistung im gleichen Motor erzeugen.
Sie haben Oktanwerte knapp über 100 und ihre Zündtemperatur liegt grade noch so im Bereich des statischen Bandes, das ein normaler Ottomotor erzeugen kann. Die gegebenen Differenzen in der Zündtemperatur ist dann die Ursache für den Leistungsverlust. Manche Gasanlagen versuchen das auszugleichen in dem sie mehr Erdgas in den Brennraum geben, um so Einfluss auf das Verdichtungsverhältnis zu nehmen. Mehr Brennstoff (10 kg/100km) wird so enger verdichtet und kann in etwa den gleichen Wirkungsgrad erreichen wie der Benzin-Sprit (8L/100km). Ein Leistungsverlust ist dann kaum noch spürbar, aber der Verbrauch des Erdgas liegt etwas höher, was sich über dessen günstigere Kosten aber deutlich relativiert. Das ist in den meisten Fällen derzeit verwendeter Ottomotoren jedoch die einzige Möglichkeit Einfluss auf das Verdichtungsverhältnis zu nehmen. Die zu geringe Entzündungstemp. Ist auch der Grund warum Motoren mit Gasanlagen trotzdem immer mit Benzin gestartet werden und erst wenn der Motor Betriebstemperatur erreicht hat auf Gasbetrieb umstellen. Würde man versuchen ihn gleich im Gasbetrieb zu starten, würde er wahrscheinlich nicht ausreichend Reibungshitze erzeugen und wiederum Fehlzündungen erzeugen, was wieder Schäden für den Motor nach sich ziehen kann.

Ein Großserienmotor mit variabler Verdichtung ist mir derzeit nicht bekannt. Auch so genannte Flex-Motoren arbeiten meist nicht mit einer flexiblen Verdichtung, sondern ändern nur die Gemischaufbereitung über entsprechende Mengenverhältnisse, abhängig von den verwendeten Kraftstoffen.

Wenn ich damit falsch liege, dürft ihr mich gern berichtigen.