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Lamdawert

Hallo, ich hätte da mal ne technische Frage zum Lambdawert: Laut Wikipedia hat man bei einem Wert von 0,85 also einem fetten Gemisch die höchste Leistung...die Frage die sich mir hier stellt ist, warum hat man mehr Leistung wenn man mehr Benzin im Brennraum hat als verbrannt werden kann? Müsste nicht eigentlich 1 eine höhere Leistung bringen weil man anstatt des überschüssigen Benzins was einen Teil des Brennraum einnimmt (bei einem Wert von 0,85) ein Benzin Luft Gemisch hat, was verbrennen kann? Wäre nett wenn mir das einer erklären könnte.

Ich denke, der Wert "1" hat nichts mit dem Gemischwert zu tun.
Die Sonde gibt eine Frequenz aus, deren Mittelwert im Diagramm auf einer Linie, z.B. "0" oder "1" oder "-1" schwankt. Wobei "1" fett, "-1" mager bedeutet, "0" ist optimal.
Das Motorsteuergerät versucht dann nachzuregeln, dass der Wert "0" erreicht wird.
Schafft es das nicht und der Wert geht über "1,5" oder "-1,5", dann gibt es eine Fehlermeldung.
Also "1" ist nur eine willkürliche Einheit auf einer Scala, man kann auch a,b,c nehmen.

Zitat:

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Ich denke, der Wert "1" hat nichts mit dem Gemischwert zu tun.

(Zitat von: thbo0508)

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Aber Hallo! Der Lambdawert IST der Gemischwert, der Zielwert ist L=1 und das ist kein willkürliche Skala, sondern repräsentiert ein stöchiometrisches Gemisch.

Eine bitte: Wenn man es einmal nichts weiß, sollte man nicht mutmaßen und sich irgendetwas aus den Fingern saugen - ok? Ist nicht böse gemeint, nur leider ist genau die KFZ-Technik voll von Halbwissen und Stammtischweißheiten, weil man es eben nicht genau weiß.

Zur Ursprungsfrage:
Die Abläufe bei einer Verbrennung sind etwas komplexer als sie durch eine einfache Antwort zu beschreiben wäre. Grundsätzlich ist eine zwar abgeschlossene, aber dennoch zeitlich extrem begrenzte Verbrennung niemals vollständig. Die Verbrennung bei L=0.90 ist auch schlechter als bei L=1 - hier kommt aber ein anderer Effekt zum tragen:

Neben dem Wirkungsgrad der Verbrennung entscheidet der Liefergrad, sprich die Gemischmenge im Zylinder über die umgesetzte Energiemenge. Und hierbei ist nicht das Luftvolumen, sondern dei Luftmasse entscheidend. Die Luftmasse ist volumenbezogen umso höher, je kälter die Luft ist. Luft kann man kühlen - und zwar durch Kraftstoff. Dieser entzieht der Luft beim Verdunsten Wärmeenergie - die Luft wird dichter und es kann mehr Luftmasse in das gleiche Volumen strömen.
Gleichzeitig wird dadurch die Klopfgrenze noch oben verschoben und somit kann eine höherer Verdichtung gewählt werden, was den Wirkungsgrad der Verbrennung wiederum steigert.

Wenn ich also das Gemisch überfette, verschlechtert sich die Verbrennung um sagen wir 10%. Durch die zusätzliche Kühlung kann aber 5% mehr Luft einströmen und ich kann die Verdichtung höher wählen, so das durch die Erhöhung der Wirkungsgradverlust - sagen wir der Einfachheit halber - ausgeglichen wird. Dadurch gibt es eine Mehrleistung von rund 5% bei allerdings gesteigertem Verbrauch, weil 10% des Kraftstoffes keine Verbrennungswärme abgeben - die restlichen 90% verbrennen jedoch effektiver. Hinzu kommt, dass durch den höheren Brennstoffanteil die Wärmekapazität des Gemisches steigt und es damit weniger Wandübergangsverluste gibt, weil die Gasmenge die Wärme während der Expansion besser halten kann.

Allerdings: Der Motor muss von vorne herein auf diesen Betrieb ausgelegt sein. Firmen die auf dieses Technik zurückgegriffen haben, waren vor allem Ford und Opel. Als der Opel Kadett GSI auf den Markt kam, leistete er 130PS - in der Kat-Version nur 115Ps. Viele schoben dies auf den Kat - hat aber mit ihm nichts zu tun. Der Leistungsverlust kam nicht durch den Strömungswiderstand im Kat, sondern durch die geänderte Gemischabstimmung. So ist das aber in der KFZ-Technik mit dem Stammtischwissen.

Der Kat funktioniert nur bei L=1 und deshalb wird zum einen die Überfettung verhindert (etwas mehr Leistung) als auch der Magerbetrieb (geringerer Verbrauch) verhindert. Bei heutigen Motoren wird eine besondere Form des Magerbetriebes zur Verbrauchsreduktion eingesetzt: Hier wird ein Teil der Luft durch inertes Abgas ersetzt (Abgasrückführung), damit der Lambdawert wieder stimmt.

Kraftstoff als aktive Motorkühlung wird bei Flugzeugkolbenmotoren eingesetzt. Im Gegensatz zum Automotor kann der Pilot das Mischungsverhältnis verändern - man nennt das "Leanen". Beim Start wird ein überfettetes Gemisch verwendet, um maximale Leistung zu erreichen und zu verhindern, dass der Motor überhitzt. Flugzeugmotoren haben viel Hubraum - eine einfache Cessna mit 180 bis 235Ps hat zwischen vier und sieben Litern Hubraum.

Moderene PKW-Motoren überfetten nur bei Klopfneigung kurzfristig. Ansonsten sind sie für einen überfetten Betrieb nicht mehr ausgelegt.

OK danke. So eine Antwort von Jemandem mit Ahnung hab ich mir erhofft.
Also kam auch beim e32 735i mit Kat die Minderleistung im Vergleich zur nicht Kat Version nicht durch den Kat, der die Abgase aufhält, sondern dadurch, dass die Kat Version magerer gelaufen ist? Dann müsste die Kat Version ja auch weniger verbrauchen?

Soo viel Ahnung dann auch wieder nicht:

Die Ursache für die Miderleistung war das gesenkte Verdichtungsverhältnis der ersten BMW-Kat Modelle. Diese Verdichtungsreduzierung war notwendig, da unverbleites Benzin damals weit weniger klopffest war.

Auch die Lambdaregelung auf 1 wird bei Kat-Fahrzeugen in Vollast+hoher Drehzahl nicht angewendet. Der Motor fährt genauso im "fetten" Bereich wie ein Motor ohne Kat.

Bei Lambda 0,9 ist die Brenngeschwindigkeit des Gemisches höher als bei Lambda 1.
Die Verbrennungsdruckkurve liegt in einem günstigeren Bereich.

Zitat:

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Soo viel Ahnung dann auch wieder nicht:

Die Ursache für die Miderleistung war das gesenkte Verdichtungsverhältnis der ersten BMW-Kat Modelle. Diese Verdichtungsreduzierung war notwendig, da unverbleites Benzin damals weit weniger klopffest war.

(Zitat von: Oktanbooster)

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Nein. Beide erwähnten Opel-Motoren hatten eine Verdichtungsverhältnis von 9,2:1. Lediglich im Ascona wurde die Verdichtung auf 10,0:1 erhöht (C20SEH). Der Hautpunterschied war die andere Motorelektronik, da die Le-Jettronic nicht für den Betrieb mit einem Katalysator ausgelegt war. Somit kam die LU-Jettronic, die eben über eine L-Regelung verfügte und die Vollastüberfettung nicht mehr zulies.

BMW hat damals die Verdichtungsverhäkltnisse gesenkt - aber eben ohne oder mit maginalem Leistungsverlust (325i von 171 auf 170Ps). Der Grund war, das BMW eben nicht auf die Volllastanreicherung setzte. Beim M20B27 ist der mit der niedrigsten Verdichtung sogar der Leistungsstärkste. Das Verdichtungsverhältnis hat einen, aber einen häufig überschätzen Einfluss auf die Leistung. Je höher die Verdichtung, desto eher muss ich Maßnahmen ergreifen das Klopfen zu verhindern. Der M20B27 gewinnt seine Mehrleistung durch eine Drehzahlanhebung - und diese wäre mit dem im M20B27 vorher gewählten Verdichtungsverhältnissen nicht möglich gewesen (im 5er 11:0).

Eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses wirkt sich zwar Positiv auf die Leistung aus - eine Drehzahlerhöhung ist aber wirkungsvoller.

Zitat:

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Auch die Lambdaregelung auf 1 wird bei Kat-Fahrzeugen in Vollast+hoher Drehzahl nicht angewendet. Der Motor fährt genauso im "fetten" Bereich wie ein Motor ohne Kat.

(Zitat von: Oktanbooster)

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Nein. Überfettung kurzzeitig wird nur angewendet, wenn man nahe an der Klopfgrenze ist. Ein Volllastüberfettung gibt es schon lange nicht mehr. Das hängt auch damit zusammen, dass die die im unverbranntem Kraftstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffverbindungen den Kat sehr schnell beschädigen.

Zitat:

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Bei Lambda 0,9 ist die Brenngeschwindigkeit des Gemisches höher als bei Lambda 1.
Die Verbrennungsdruckkurve liegt in einem günstigeren Bereich.

(Zitat von: Oktanbooster)

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Die Geschwindigkeit derDurchflammung ist bei L 0,98 am besten. Die Lage der Verbrennungsdruckkurve spielt beim Ottomotor in PKW-Ausführung eine eher untergeordnete Rolle - sie ist bei Hochdrehzahlmotoren sehr entscheidend. Der Ottomotor hat eine angenäherte Gleichraumverbrennung und da ist ein zu schroffer Druckansteig gar nicht erwünscht. Im Gegensatz zum Dieselmotor findet beim Ottomotor die gesamte Verbrennung nahe OT statt - also zu einem Zeitpunkt, in dem die Kurbelwelle in einem denkbar ungünstigen Winkel zur Kraftsumsetzung steht. Dies hat zur Folge, das ein erheblicher Anteil der Verbrennungswärme als Wärmeübergang verloren geht - mit ein Grund warum der Ottomotor einen schlechtern Wirkungsgrad als der Dieselmotor hat.

"Die Geschwindigkeit derDurchflammung ist bei L 0,98 am besten. Die Lage der Verbrennungsdruckkurve spielt beim Ottomotor in PKW-Ausführung eine eher untergeordnete Rolle - sie ist bei Hochdrehzahlmotoren sehr entscheidend."


Könntest du bitte diese beiden Aussagen technisch begründen. Wie kommst du auf die beiden Erkenntnisse?

Zu Opel kann ich nichts sagen aber:

Die Verdichtungsreduzierten Kat-Versionen von BMW bekamen zB. auch größere Ventile, um den Leistungsmangel auszugleichen.
Die Maximalleistung und Maximaldrehzahl kann nicht pauschal vom Lambdawert abhängig gemacht werden.

Niedriges Lambda bei Vollast ist völlig normal und auch bei den neuen Generationen in Anwendung.
(n54 sogar teilweise unter 0,8 !)
Das sogenannte Katschutz-Kennfeld bewirkt ein Gemisch <Lambda 1 um den Kat vor Überhitzung zu schützen.

Der beste thermische Wirkungsgrad liegt bei einer Gleichraumverbrennung vor. Bei länger andauernder Verbrennung zb. durch mageres Gemisch, verschlechtert sich der Wirkungsgrad.
Auch die Bildung von Klopfnestern wird durch zügige Verbrennung erschwert.
Deswegen ist eine hohe Brenngeschwindigkeit wichtig. Der Maximalwert von 20-25m/s wird in homogenem Gemisch bei Lambda 0,85 erreicht keinesfalls bei 0,98 !

Die Verbrennung im Dieselmotor kann hier kaum zum Vergleich herangezogen werden.

Schon traurig, dass von einem promovierten Ingenieur solche Aussagen kommen. Die Volllastanfettung ist nach wie vor der Fall bei allen Ottomotoren. Die Mehrleistung bei Lambda kleiner eins hat überhaupt nichts mit negativem Brennraumenthalpiegradienten (sog. Brenraumwandwärmeverluste), sondern ist einzig und alleine statistischer Natur: sprich bei Lambda kleiner 1 ist die Wahrscheinlichkeit, das jedes CH Molekül ein Sauerstoff Molekül findet am höchsten. Dies ist auch der Grund für die schnelle Energieumsetzung. Wo genau dieser Lambdawert liegt, hängt mit der Motorgeometrie zusammen. Dass dies pauschal bei Lambda gleich 0,85 ist, ist nicht pauschal zu beantworten. Der Vergleich mit dem Diesel hinkt gewaltig. Die Schwerpunkte optimaler Energieumsetzung zwischen Diesel und Otto unterscheiden sich um zwei (!) Grad KW. Der bessere Wirkungsgrad des Diesel ist dem hohen Lambda, höherer Verdichtung und fehlender Drosselklappe geschuldet. Saugnapf, damit triffst du mit deiner Aussage aus deinem ersten Post mit Halbwahrheiten den Nagel auf den Kopf.

Bearbeitet von: XuMuK am 13.12.2012 um 17:59:59

OK, also so wie ich das jetzt verstanden hab ist die Antwort ist letztlich dass nicht das komplette Benzin während eines Verbrennungsvorganges verbrannt wird, sondern immer etwas übrig bleibt, da für die komplette Verbrennung nicht genug Zeit ist und man bei einem fetten Gemisch noch das meiste Benzin pro Vorgang verbrennen kann, auch wenn viel unverbranntes Benzin bei rauskommt, weswegen sich der Wirkungsgrad verschlechtert...also danke für die Hilfe.