Date: June 19, 2003 at 10:06:58
From: Bernd Schlüter, [p508d06fb.dip0.t-ipconnect.de]
Subject: Erdgaseinspritzung in Dieselmotor
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Ich würde zwar Frittenöl vorziehen, aber ich habe da eine ziemlich wichtige Frage, ehe ich mich ans werkeln gebe: Erdgas kann man ja mit deutlich mehr als 200 bar Druck beziehen, zudem kann man es noch erhitzen. Wenn ich das richtig sehe, gibt es ziemlich schnell arbeitende Gasventile, mit denen man dieses Erdgas in einen Dieselmotor, auch während der höchsten Druckspitze, befördern kann. Diese würde dann niemals den Gasdruck übersteigen, ein absoluter Gleichdruckmotor an der Festigkeitsgrenze. Frage an Rhanie und alle, die dazu etwas wissen: Entsteht dabei Ruß? Das Gas ist ja nicht gleich verteilt, im Strahl besteht vorübergehend Sauerstoffmangel. Gegenüberlegung: entsteht Ruß, dann müsste man, indem man Erdgas hoch verdichtet, z.B. statt Luft in einem hochverdichtendem Dieselmotor, Ruß erzeugen können und somit sehr billig Wasserstoffgas. Bei diesen Überlegungen spielt Boudouard herein: Nur überhalb und unterhalb gewissen Temperaturen und druckabhängig, entsteht in einem Dieselmotor Ruß (und Crackprodukte). Nach Fischer-Tropsch entreißt aber der Wasserstoff bei niedrigerem Druck den Sauerstoff, es wird also entrußt und entcrackt. Die Experten behaupten nun alle etwas anderes. Wer hat praktische Erfahrung in dieser oder einer ähnlichen Richtung? Ihr wisst, warum ich frage? |
Date: June 19, 2003 at 18:15:55
From: Werner, [pc19f3818.dip.t-dialin.net]
Subject: Re: Erdgaseinspritzung in Dieselmotor
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Hi, laß uns nicht raten, warum Du fragst. Sag es einfach! Hanomedes hat recht. Ruß entsteht nicht bei Erdgasverbrennung. Ruß besteht aus Fragmenten von langkettigen und verzweigten Molekülen, bei denen die Kohlenstoffbindung während der Verbrennung gar nicht erst gelöst wurde. Das ist auch der Grund, warum zyklische CHs so herrlich und krebserregend rußen können. Einzelne Kohlenstoffatome bleiben nicht stabil, sondern verbinden sich schon bei Umgebungstemperatur mit Sauerstoff zunächst zu Kohlenmonoxid (Gefahr der Selbstentzündung von Kohlestäuben in Bergwerken, Kraftwerken oder auch Kohlebunkern von Schiffen). Gasinjektion beim Selbstzünder ..wird seit Jahren bei großen Schiffsmaschinen angewendet. Es begann mit dem Ansaugen von Abdämpfen (sog. Boil Off) bei Erdgasfrachtern schon lange bevor man Grubengas auf diese Weise entsorgt hat. (siehe auch früheren Thread) Um den Verbrennungszeitpunkt steuern zu können und noch mehr "rauszuholen", begann man in den 80ern mit dem Hochdruckinjezieren von komprimiertem Gas, wobei eine Reihe von neuen Schwierigkeiten erstmal überwunden werden mußte. Es wurde ebenfalls versucht, das Gas während der Einspritzung in den Schwerölstrahl zu geben, um dessen Verteilung noch zu verbesseren. Meines Wissens wurde das aber nie bei Schiffen richtig angewendet. Wahrscheinlich ist die Dosierung und Taktung viel zu kompliziert. Die treibende Kraft für diese Forschungen kam aus Japan, wo man sehr viel Gastransport per Schiff betreibt, um kleine Inseln zu versorgen. Es ist kein Zufall, daß Mitsubishi, die - wie Kawasaki - den Sulzer RTA in Lizenz nachbauen, hier die Nase vorn hat. Der größte Teil des Know Hows für die Direkteinspritzung beim Benziner (Mitsubishi GDI) kommt aus der Schiffsmaschinenabteilung. Die Drücke während der Injektion sind mir nicht bekannt. Ich gehe aber davon aus, daß sie wesentlich höher, als 200 bar liegen. Gase, die unter hohen Drücken stehen, haben hohe Dichten und verhalten sich auch im überkritischen Bereich quasiviskos. Es sind einige Widerstände zu überwinden, um den Brennstoff in kurzer Zeit in den Brennraum zu befördern, wobei die immer noch starke Kompressibilität nicht gerade hilft. Zur Rußunterdrückung durch Nacheinspritzung ist Erdgas übrigens sehr gut geeignet, ich stelle mir aber vor, daß sich so etwas an kleinen Maschinen kaum lohnen wird. Grüße Werner |
Date: June 20, 2003 at 15:08:57
From: Bernd Schlüter, [p508d0831.dip0.t-ipconnect.de]
Subject: Re: Erdgaseinspritzung in Dieselmotor
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Spitze, Werner, was Du weißt. Fast um die Ecke, 2 km ist eine Erdgastankstelle mit 300 bar. Das ist meine Idee. Passt unmittelbar zum Diesel, Einspritzpumpe raus, common-rail-Ventil rein. Expansion macht nichts. Das Erdgas hat 40% der Dichte wie flüssiges. Power nimmt mit sinkendem Gasdruck gewaltig nach, man kann den Tank nicht leerfahren. Einen Teil voreinspritzen in die Ansaugluft dürfte der Motor dann vertragen. Wichtig: Nageln nicht möglich, weil der Druck automatisch begrenzt wird. Totaler Gleichdruckmotor, je nachdem, wie man regelt. Wie hoch sollte der Druck wohl sein, um einen Dieselwirkungsgrad zu erhalten? Im CDU-Forum meinte man übrigens, es würde Ruß im Boudouard-Gleichgewicht entstehen. Das glaubte ich denen nicht und schlug vor, Erdgas durch einen Diesel ohne Luft zu schicken, dann würde Ruß liegenbleiben und reiner Wasserstoff herauskommen. Den Ruß sollten sie als Geschenk an die Grünen dann in die leergeräumten Zechen füllen. Da haben sie wohl eingesehen, dass sie falsch lagen. Bei tiefem Druck gilt eh Fischer-Tropsch, also der umgekehrte Prozess. Ich fände, nur Erdgas und Pöl fürs Auto, den anderen Mist kann man besser stationär verheizen! Mit nem Kuhpfladen kommt man zehn km weit, frisches Gras aus dem Rasenmäher dazu, gut umgerührt und über Nacht stehen gelassen, dann reichts für ne Ferienfahrt zu Rhanies Aldi. Filtert die ausgenuggelten Kuhpfladen aber vorher heraus, ehe Ihr die mit den Pommes durch die Düsen presst! Bernd |
Date: June 19, 2003 at 23:07:56
From: Hastelloy, [p508b1240.dip.t-dialin.net]
Subject: Re: Erdgaseinspritzung in Dieselmotor
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Aufgrund der recht großen Klopffestigkeit von Erdgas (insbesondere Guben/Biogas oder mit CO2 Anteil aus Abgasrückführung) wird eigentlich nur in den Ansaugtrakt eingedüst. Das ist billig ohne großen Aufwand zu schaffen und funktioniert. EIn anderer Aspekt bei der Hochdruckeinspritzung von Gase muß auch betrachtet werden: das Gas entspannt auf den Umgebungsdruck im Zylinder und kühlt dabei ab. Bei Airbags mit Edelgaskartusche statt Natriumazid muß deshalb eine pyrotechnische Patrone das Gas aufheizen, damit es nicht bei Hautkontakt mit dem Airbag zu Erfriehrungen kommt. Ob sich der Effekt nun nutzbringend einsetzen läßt oder eher kontraproduktiv für den Verbrennungsprozess im Zylinder ist hängt wohl von Konstruktion und Betriebsbedingungen (Drehzahl..) ab. Ob sich der Aufwand aber lohnt wenn es auch ohne Hochdruck geht ist fraglich. Gruß andreas |
Date: June 20, 2003 at 14:34:59
From: Bernd Schlüter, [p508d0831.dip0.t-ipconnect.de]
Subject: Re: Erdgaseinspritzung in Dieselmotor
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Die Reaktionsprodukte von Erdgas sind ausschließlich dreiatomige gase, die kühlen bei weitem nicht so ab wie Edelgase. ich denke übrigens darüber nach, wie man Erdgas mit reinem Sauerstoff verbrennt, aber einen guten Teil des dreiatomigen Gases Kohlendioxyd abkühlt zurückführt, möglichst im Zeitaktprozess. Ohne die üblichen Ventile und Schlitze. Führt aber hier zu weit. Dreiatomige Gase bedürfen einer weitaus höheren Dekompression, um einen hinreichenden Wirkungsgrad zu erhalten. Dafür isolieren sie besser und führen mehr Energie mit sich. Luftverschmutzung: Null. Kein Kat, kein Filter. |
Date: June 20, 2003 at 19:00:21
From: hastelloy, [p508b2c0a.dip.t-dialin.net]
Subject: Re: Erdgaseinspritzung in Dieselmotor
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Nun ja ich dachte nicht an die Reaktionsprodukte sondern an das komprimierte Erdgas selbst. Wen das "eingespritzt" wird mit 200-300 bar entspannt sich der Strahl auf Umgebungsdruck im Zylinder und dabei kühlt sich das Gas ab. Die Wärme muß also aus der Umgebung zugeführt werden um eine Zündung in Gang zu setzen. Dadurch ist auch ein "Zündverzug" gegeben wie bei flüssigen Brennstoffen wenn auch aus anderer Ursache. Die Reaktionsprodukte fallen ja erst nach beginn der Verbrennung an. Zu der Idee mit reinem Sauerstoff und gekühlter CO2 Rückführung, das wird schon bei U-Booten gemacht um unter Wasser mit dem Diesel fahren zu können. Wird wohl bald von Brennstoffzellen verdrängt werden. |
Date: June 22, 2003 at 12:16:01
From: Bernd Schlüter, [p508d0287.dip0.t-ipconnect.de]
Subject: Re: Erdgaseinspritzung in Dieselmotor
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Mal sehen, wo dieses posting landet. Noch einmal: Methan hat nur einen geringen Joule Thomson-Effekt, vor allem, wenn man oberhalb der dafür zuständigen kritischen Temperatur liegt, Wasserstoff erhitzt sich sogar bei adiabatischer Entspannung. Was aber eine ganz gewaltige Rolle spielt, ist Verdampfung. Die ist bei Gas gar nicht mehr nötig, heißem, schwarz qualmendem Jojobaöl aus unserer Biopommesbraterei steht aber die ganze Verdampferei noch bevor, wenn es unsere gute Stube betritt. Wenn der Zündverzug bei Methan größer ist, dann eher deshalb, weil die Wasserstoffatome ihren Ehepartner Kohlenstoff gegen heißblütige Attacken von Sauerstoffatomen verteidigen. Schließlich lässt man sich ja auch nicht von jedem dahergelaufenen Sauerländer die Frau ausspannen. Schon mal versucht, einem Moslem seine vier Ehefrauen auszuspannen? Da muß man schon tüchtig klopfen, wenns klingeln soll. |
Date: June 22, 2003 at 16:30:04
From: Werner, [p3e9c2c24.dip.t-dialin.net]
Subject: Du, ich kugele mich jetzt echt ab vor Lachen...
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hast aber recht! Nur nich so hier mit den ethnischen Vergleichen. Das könnte schon mal ein (berechtigtes) Opfer der elektronischen Flex werden. Wir wollen doch nicht die bekannten und unliebsame Vorgänge wiederholen. Werner P.S.: Hast Du Dir eigentlich schon mal überlegt, daß Du bei Direkteindüsung aus der HD-Flasche auch keinen Anlasser mehr bräuchtest? Schiffsmaschinen werden ja auch mit Preßluft gestartet. Sag aber Bescheid, ehe Du ernsthaft testest, damit ich mich vorher flüchten kann (Vielleicht auf die Philippinen) |
Date: June 20, 2003 at 22:25:07
From: Werner, [p3e9ba33d.dip.t-dialin.net]
Subject: Jetzt nochmal: Abkühlung durch Expansion
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Hi Leute, mir scheint hier etwas durcheinander zu geraten. Es gibt zwei Effekte, die ein expaniderendes Gas abkühlen lassen. Zunächst die idealen Gase, zu denen Edelgase, Luft und auch Verbrennungsgase bei unseren Drücken in erster Näherung zählen. Bei adiabater und isentroper Expansion - also ohne Wärmeaustausch - kühlt das Gas durch die Expansion ab und verrichtet Arbeit. Das, was wir alle wollen. Im Airbag muß ebenfalls Arbeit aufgewendet werden, um das schlagartige Aufblähen zu bewirken. Bei dem krassen Druckverhältnis vor und nach der Expansion kühlt sich der Inhalt stark ab. (Das das zu Erfrierungen kommen kann, wußte ich nicht, ist aber vorstellbar, meine Auto hat sowas noch nicht.) Im Gegenzug erwärmt sich theoretisch die im Fahrgastraum komprimierte Luft, was man aber wohl kaum erfassen kann. Einatomige Gase haben den höchsten Isentropenkoeffizienten (kappa) von 1,67 und kühlen bei Arbeitsexpansion am stärksten ab. Die Temperatur stellt sich ein gemäß T2=T1*(V1/V2)^(kappa-1) . Zweiatomige Gase habe éin kappa von 1,4 und dann geht es immer näher an 1 heran. Für Luft 1,4 und für CO2 1,3 paßt ganz gut. Benzindämpfe liegen bei 1,1 oder nahe 1. (Eine praktische Anwendung ist z.B. beim Antreten älterer Gummikühe gegeben, wenn man rätselt, ob es nun zu fett ist oder zu mager. Mit Benzindampf fühlt sich der Kick matschig an, ohne ist er hart, dazwischen liegt das richtige Gemisch.) Beim Injezieren von Brenngas in einen Verbrennungsraum spielt die Arbeitsexpansion des Gases eine untergeordnete Rolle. Die Injektionsdrücke sind deshalb so hoch, weil Widerstände in den Düsen, Leitungen, Ventilen überwunden werden müssen. Die Beschleunigung der Strömung geht ebenfalls beträchtlich ein. Anders gesagt, das Gas verrichtet keine oder kaum nutzbare Arbeit durch die Expansion in den Brennraum. Die Energie wird an den Drosselstellen aufgezehrt. Man spricht von adiabater Drosselung. Ideale Gase bzw. Gase, deren Zustandsgrößen weit weg vom kritischen Punkt liegen, haben bei adiabater Drosselung keinen Temperaturabfall. Die Arbeitsenergie wird sozusagen für die Wiederaufheizung des Gases verbraten. Reale Gase weichen jedoch in ihrem Verhalten ab, was die Thermodynamik mit dem Joule-Thompsen Effekt beschreibt. Die Formeln erspare ich Euch jetz mal. So, Erdgas hat nominell ein kappa von ca. 1,3 , dürfte also bei Expansion gar nicht so stark abkühlen, wie z.B. Luft oder Rauchgas. In der Nähe des Verflüssigungspunktes tut es das aber gewaltig! So verdichten wir beim Erdgasspeicher der THYSSENGAS AG das Methan auf ca. 40 bar und kühlen es auf -130°C. Beim Entspannen auf Atmospährendruck kühlt es bis auf den Verflüssigungspunkt von -163°C durch den Joule-Thompson Effekt weiter ab. Schicken wir hingegen bei Umgebungstemperatur Erdgas durch Druckreduzierstationen (das sind die kleinen Häuschen, in denen es im Winter immer so laut zischt), dann beträgt die Abkühlung nur wenige Grad. Sie ist aber meßbar und erfodert ggf. auch ein moderate Wiederaufheizung. Was heißt das nun praktisch? Ob ein- oder zwei- oder wievielatomig, in den Bereichen, wo wir uns mit den Motoren bewegen, spielt der Joule Thompson kaum eine Rolle. Dazu muß es viel, viel kälter sein. Die Expansion des eingedüsten Gases ist nicht isentrop, sondern in erster Näherung isenthalp (sprich: gedrosselt). Daher ist eine Temperaturabsenkung durch die Injektion nicht in bedeutendem Maße zu erwarten. Der Zündverzug ist allerdings tatsächlich etwas größer. Bloß stört das bei den Schiffsungetümen niemanden. Da werden die Umdrehungen noch pro Minute mitgezählt. Werner P.S. Bernd, für Dein Vorhaben wünsche ich Dir aber viel Glück. Ich würde mich in eine solche Knattergasrakete kaum reinsetzen. Dann doch lieber den PÖL-getriebenen Flugmotor. Iss mir irgendwie sicherer. |
Date: June 19, 2003 at 15:36:14
From: Hanomedes, [kln2-t6-1.mcbone.net]
Subject: Re: Erdgaseinspritzung in Dieselmotor
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Hallo Ruß ensteht beim Erdgasantrieb nicht weil 1. das Gas nicht wie beim Diesel erst im (bzw fast im) OT zugemischt wird sondern meines Wissens normalerweise im Saugrohr oder wie beim Otto DI zumindest deutlich vor OT so das immer eine gute Durchmischung (ist bei Gas eh leichter) erreicht wird. 2. Hängen an jedem C Atom vier Wasserstoffatome, die Wahrscheinlichkeit für ein C-Atom bei der Verbrennung leer auszugehen und sich mit seinesgleichen zu Verbinden ist also wesentlich geringer als bei anderen Kohlenwasserstoffen. Ich bin kein Chemiker aber ich denke das eine einzelnes C Radikal kaum entstehen wird um sich dann mit anderen C-Radikalen zusammenzutun um einen Rußpartikel zu bilden Gruß Dominik |
Date: June 20, 2003 at 14:43:11
From: Bernd Schlüter, [p508d0831.dip0.t-ipconnect.de]
Subject: Re: Erdgaseinspritzung in Dieselmotor
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Danke, Dominik, da bin ich hier im Forum ja richtig. Ich habe mich im CDU Forum mit pechschwarzen Seelen gestritten, dass da nämlich kein Ruß entsteht. Erdgas unter zum Beispiel 300 bar könnte man bequem über ein schnelles Gasventil einblasen, ohne Pumpe und deutlich besser verteilt. Ich sehe es auch so: keinerlei Ruß. Feiner Rußmohr (=schwarzer farbstoff) wird tatsächlich durch Pyrolyse von Erdgas hergestellt, aber ganz ohne Sauerstoff. Solltet Ihr Anstoß an meinen Kontakten zu den Schwarzen nehmen, bedenkt, dass euer Pommesfett auch schonmal recht finster aussieht... Eine leuchtstarke Kohlenstofflamme wünscht Bernd |
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