Autogas (LPG) in Pkw-Ottomotoren

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1 Autogas (LPG) in Pkw-Ottomotoren Erfahrungen mit zwei unterschiedlichen Motorregelungskonzepten auf dem Motorprüfstand Fachhochschule Osnabrück Arbeitskreis Fahrzeug- und Verkehrstechnik (FVT) des VDI BV Osnabrück-Emsland e.v.

2 Gliederung Autogas in Pkw Ottomotoren Erfahrungen mit zwei unterschiedlichen Motorregelungskonzepten auf dem Motorprüfstand Einleitung Kraftstoffdaten Die Motoren Regelungskonzepte Volllast Abgastemperaturen Emissionen Indiziermessungen Zusammenfassung Nr.

3 Raffinerieschema Quelle: Nr. 3

4 Kraftstoffdaten Autogas: LPG (Liquefied Petroleum Gas), GPL (gaz de pétrole liquéfié) Kraftstoff Benzin Autogas Dichte kg/dm 3,74,54 Heizwert MJ/kg 43,5 46 Energieinhalt MJ/dm 3 3, 4,8 Oktanzahl 95 (9-1) CO - Emission kg/dm 3,3 1,74-1,78 Tank drucklos 3,5 mm Stahl Betriebsdruck 1 bar Prüfdruck 4 bar Energiesteuergesetz: bis Ende 18 danach 9,74 Cent/l,1 Cent/l Es (LPG) verbrennt umweltfreundlicher als Benzin. Auch unter Berücksichtigung des prinzipbedingten Mehrverbrauchs beträgt der Schadstoffausstoß von Stickoxiden etwa % der Benzinverbrennung, CO -Emissionen vermindern sich um ca. 15 % und unverbrannte Kohlenwasserstoffe um 5 %. Zudem lassen sich LPG-Abgase durch die bessere chemische Verwertbarkeit bereits bei niedrigeren Temperaturen in Fahrzeugkatalysatoren umsetzen. Quelle: Nr. 4

5 Literatur 1. Spark Plug Temperature. Spark Plug Required Voltage Temperatures are higher with L.P.G. compared to petrol. This occurs due to L.P.G.'s reduced cooling effect. Required voltage increases with L.P.G. because of the difference in the bonding of gas particles between the two fuels. Quelle: Ersetzt durch: Nr. 5

6 Motordaten Motorbezeichnung MB M 66 E 17 VW EA 111 Eingesetzt im Fahrzeug A 17, B 17 Polo, Golf Zylinderzahl 4 4 Anzahl Ventile/Zylinder 4 Bohrung / Hub mm 83, / 69, 76,5 / 75,6 Hubraum cm Zylinderabstand mm 9 8 Ventildurchmesser E / A mm 43, / 35, 9,5 / 6, Verdichtungsverhältnis 11 Leistung kw bei Drehzahl 1/min 55 5 max. Drehmoment Nm bei Drehzahl 1/min spez. Leistung kw/dm ,6 Nr. 6

7 Regelkonzepte MB M 66 E 17 VW EA 111 t i Gas Gas Steuergerät t i Gas Gas Steuergerät Gasventile Gasventile t i Benzin t i Benzin t i Benzin t i Benzin Breitband Lambda-Sonde OBD: Lambda-Wobbel Frequenzverschiebung zwischen Vorkatund Nachkatsonde OBD: OSC-Messung (Oygen storrage capacity) Nr. 7

8 Regelkonzepte Lambda-Sonde (Sprungsonde) Breitband Lambda-Sonde Nr. 8

9 Kraftstoff Luftverhältnis M 66 Benzin Nutzmitteldruck in bar Nr. 9

10 Autogasanlagen (Überblick) Venturi -Technik Kühlwasserbeheizter Verdampfer Venturidüse vor Vergaser bis Euro Teilsequenzielle Anlagen Kühlwasserbeheizter Verdampfer elektr. angesteuertes Einblasventil bis Euro 3 Vollsequenzielle Anlagen Kühlwasserbeheizter Verdampfer 1 elektr. angesteuertes Einblasventil pro Zylinder bis Euro 4 (Voraussetzung: Motor mit MPI Anlage) Flüssiggaseinspritzung (LPI) Flüssiggaspumpe(n) 1 elektr. angesteuertes Einspritzventil pro Zylinder neueste Generation (Voraussetzung: Motor mit MPI Anlage) Nr. 1

11 Regelkonzepte MB M 66 E 17 VW EA 111 t i Gas Gas Steuergerät t i Gas Gas Steuergerät Gasventile Gasventile t i Benzin t i Benzin t i Benzin t i Benzin Breitband Lambda-Sonde OBD: Lambda-Wobbel Frequenzverschiebung zwischen Vorkatund Nachkatsonde OBD: OSC-Messung (Oygen storrage capacity) Nr. 11

12 Gassteuergerät Applikationsoberfläche (Auszug) Nr.

13 Volllastdiagramm M 66 E Benzin Autogas 8 red. Drehmoment in Nm red. Leistung in kw Drehzahl in 1/m in Nr. 13

14 Volllastdiagramm EA Benzin Autogas 15 6 red. Drehmoment in Nm 1 4 red. Leistung in kw Drehzahl in 1/m in Nr. 14

15 Luftdurchsatz bei Volllast EA Benzin Autogas Luftdurchsatz in kg/h Drehzahl in 1/m in Nr. 15

16 Abgastemperatur M 66 E 17 Benzin Nutzmitteldruck in bar Nr. 16

17 Abgastemperatur M 66 E 17 Autogas Nutzmitteldruck in bar Nr. 17

18 Abgastemperaturdifferenz Benzin Autogas M 66 E Nuzmitteldruck in bar Nr. 18

19 Kraftstoff Luftverhältnis M 66 Benzin Nutzmitteldruck in bar Nr. 19

20 Kraftstoff Luftverhältnis M 66 Autogas Nutzmitteldruck in bar Nr.

21 Dauerlaufprogramme M 66 E 17 Volllast (54%) Osnabrück Test Drehmoment in Nm 8 Drehmoment in Nm Zeit in min Zeit in min Zeit in min Zeit in min Nr. 1

22 Abgastemperatur EA 111 Benzin Nutzmitteldruck in bar Nr.

23 Abgastemperatur EA 111 Autogas Nutzmitteldruck in bar Nr. 3

24 r Abgastemperaturdifferenz Benzin Autogas EA Nutzmitteldruck in bar Nr. 4

25 Kraftstoff Luftverhältnis EA 111 Benzin Nutzmitteldruck in bar Nr. 5

26 Differenz Kraftstoff - Luftverhältnis Benzin Autogas EA Nutzmitteldruck in bar Nr. 6

27 Lambdavariation bei /bar Nr. 7

28 CO Kennfeld EA % Nutzmitteldruck in bar Nr. 8

29 Differenz CO-Emission Benzin Autogas EA % Nutzmitteldruck in ba ar Nr. 9

30 CO Kennfeld EA % Nutzmitteldruck in bar Nr. 3

31 r Differenz CO-Emission Benzin Autogas EA % Nutzmitteldruck in bar Nr. 31

32 HC Kennfeld EA ppm Nutzmitteldruck in bar Nr. 3

33 Differenz HC -Emission Benzin Autogas EA ppm Nutzmitteldruck in ba ar Nr. 33

34 Relative Differenz HC -Emission Benzin Autogas EA % Nutzmitteldruck in ba ar Nr. 34

35 NOx Kennfeld EA 111 Benzin 1 ppm Nutzmitteldruck in bar Nr. 35

36 r Differenz NOx -Emission Benzin Autogas EA 111 Nutzmitteldruck in bar ppm Nr. 36

37 Indiziermessungen Indizieren ist die Bezeichnung für die Messung und Darstellung des Zylinderdruckverlaufs über die Zeit, oder der Kurbelwinkelstellung. Wegen der hohen Bedeutung des Zylinderdrucks für das thermodynamische Verständnis der motorischen Verbrennung hat die Druckindizierung einen zentralen Stellenwert in der Verbrennungsentwicklung und wird weit über die reine Druckverlaufsanalyse hinaus eingesetzt. Quelle: Nr. 37

38 Indiziermessungen p max, Lage p max dp/dphi Nr. 38

39 Indiziermessungen Nr. 39

40 Indiziermessungen Verbrennungsschwerpunkt Nr. 4

41 Verbrennungskenngrößen Volllast EA 111 S p itz e n d ru c k, S c h w e rp u n k t, L a g e p m a x ,5 1,5 1,5 D ru c k g ra d ie n t, K lo p fin te n s itä t Benzin Autogas Lage pmax B Lage pmax A Schwerp. B Schwerp. A pmax Benzin pmax Autogas Klopfintens. B Klopfintens. A dp/dphi B dp/dphi A Nr. 41

42 Zusammenfassung Leistungsverlust beim Einsatz von Autogas vernachlässigbar. Bei gleichem Kraftstoff/Luftverhältnis niedrigere Abgastemperaturen mit Autogas. Gravierender Verschleiß an den Einlassventilen bei ungeeigneten Ventil- und/oder Sitzringmaterialien. Je ausgeklügelter das Motorregelungskonzept, desto problemloser die Umrüstung auf Autogas (Breitbandlambdasonde). Erhöhte Rohemissionen von HC und NOx beim Einsatz von Autogas. Bisher keine Unterschiede im Brennverhalten zwischen Benzin und Autogas feststellbar. Nr. 4