Benzin per Kavitation mit Wasser verduennen

Moin,

Christoph Müller schrub:

Aber nebensächlich. Tatsache ist, dass es nicht gelingt, einen Hubkolbenmotor zu bauen, der die Verbrennung mit reinem Sauerstoff verträgt. Die Verbrennung wäre viel zu heiß und chemisch viel zu aggressiv. Da würde der ganze Motor in Flammen aufgehen. Nicht umsonst wird zur kurzzeitigen Leistungssteigerung alles mögliche gemacht (Methanol, Lachgas, Ladedruck) - nur kein Sauerstoff eingespritzt.

Wozu braucht's den Stickstoff? Als Inertgas, zur Kühlung. Wozu macht man Abgasrückführung? Abgas ist Inertgas, verbrennt nicht aber braucht Volumen, reduziert sozusagen den Hubraum (besser für Wirkungsgrad und Abgaswerte im Teillastbereich). Was täte Wasser?

Bei der reinen Verbrennung von Sprit passiert aber nicht viel. Aus jedem Molekül O2 wird ein Molekül CO2 (was den Kohlenstoff angeht). Bringt also garkeine Expansion. Pro C hat man im Sprit 2H.

Zusammen: Aus 2 Teilchen O2 werden nach der Verbrennung 2.5 Teilchen. Der Sprit sei mal vernachlässigt, weil flüssig (zumindest beim Diesel) und damit kaum Volumen einnehmend. Ergo das Gasvolumen bei Normalbedingungen vergrößert sich durch die Verbrennung um 25%. Das ist nicht so berauschend viel, immerhin ist Sprit + O2 ja auch kein Sprengstoff (die schaffen da erheblich mehr).

Die Hauptsache macht also die Erwärmung der Gase aus, und Gase sind in erster Linie Stickstoff.

Man kann ja mal einfach rechnen. 18g Wasser sind 1mol. Also Wasserdampf braucht das unter Normalbedingungen 22.4l. 1l Wasser braucht zur Erwärmung 4.2kJ/K, zum Verdampen noch mal so viel, wie zum Erwärmen um weitere 80K (?) oder IMO 340kJ. Es braucht also runde

Nun könnte man ja mal rumrechnen...

CU Rollo

Moin,

Matthias Frank schrub:

Wenn das so offensichtlich ist, warum kann dann keiner hier erklären, warum die drastische Ausdehnung von Wasser beim Verdampfen keinen Gewinn an Wirkungsgrad erbringen kann - außer gelangweilt auf die Thermodynamik zu verweisen, die das angeblich schon noch irgendwie mal irgendwann erklärt hat?

CU Rollo

Moin,

Matthias Frank schrub:

Und was hat ein Verbrennungsmotor auch nur Ansatzweise mit einem Kreisprozess zu tun? Zur Erinnerung, beim Verbrennungsmotor geht vorne kalte Luft rein, es passiert eine unumkehrbare Verbrennung die die Gasmengen im Zylinder ändert und am Ende geht heißes Abgas raus. Das ganze ist sicher ein Prozess, aber einen Kreis erkenne ich da erst mal nicht. Vergleiche mit der ersten Textzeile von

Die maximale Lebensdauer einer Schublade beträgt 17 Jahre, aber das Gerücht ist älter. Trotzdem ist noch nichts derartiges ans Licht gekommen.

Ralf

Moin,

Nick Müller schrub:

Jo, und Dampfturbine und selbst-nachladende Schusswaffen wurden schon in der Antike gebaut - und verworfen.

Zutat, Quelle unbekannt: "Derjenige, der sagt: 'das geht so nicht' soll demjenigem nicht im Wege stehen, der es gerade macht."

CU Rollo

Worin unterscheidet sich das Einbringen von Wasser in die Benzinleitung (wie auch immer) und dem Zuführen des Wassers, bzw. des Wasserdampfs über den Luftkanal ?

Zum Zeitpunkt der Verbrennung sollte es doch egal sein.

Grüße Günter

Das hat nie jemand bestritten. Der Kraftstoffverbrauch (einschließlich Methanol) steigt dann um denselben Betrag. Man macht das bei Motoren, die für dünne Höhenluft ausgelegt und am Boden nicht vollgasfest sind.

Keiner hat bisher den Wirkungsgrad damit verbessert.

Das Problem der unvollständigen Verbrennung existiert ja ganz unabgängig von der hier diskutierten Wasserbeimischung. Wieso sollte sich da also zwingend gerade in dem Bereich etwas verbessern? Mir drängt sich da eher der Gedanke einer "Überkompensation" auf: Durch die schlagartige Verdampfung des Wasseranteils könnte die Flammenausbreitung dermaßen beschleunigt werden, daß man beim Klopfen landet. -> Brennraumgestaltung? Dem entgegen würde eine Abkühlung des Gemischs durch den Wasseranteil stehen. Tja, ratlos. :)

Heiko

In einem zum Zeitpunkt X durch Kolben und Zylinder eindeutig definiertem Volumen kann eine bestimmte Menge Energie (durch die Verbrennung) sich in Druckerhöhung oder/und Temperaturerhöhung auswirken. Die beiden Methoden sind miteinander verschränkt. Wenn Du den Druck durch Verdampfung (von was auch immer) erhöhst, senkst du dadurch die Prozesstemperatur und umgekehrt. Du führst also mit Wasser ein zusätzlichen Prozess ein, der aber innerhalb der maximal verfügbaren Energie aus der Verbrennung stattfindet und damit in der Wirkung weitgehend neutral, abgesehen von der Differnz die zur Erhitzung der zusätzlichen Wassermasse notwendig ist. Wenn kein Wasser beigegeben wird, muß natürlich die entsprechende Menge Sprit erhitzt werden, aber die reagiert freundlicherweise beim Erreichen der Entzündungstemperatur rascher Oxydation und anschließender Energieabgabe.

Alle Wärmekraftmaschinen funktionieren dadurch, dass eine Masse eine möglichst möglichst große Temperaturdifferenz erfährt, die über verschiedene Prozesse in mechanische Energie umgewandelt werden kann. Das Wasser ist eine zusätzliche Masse die erwärmt werden muss und die die Temperaturdifferenz niedriger hält als ohne, also die abgreifbare Energie verringert.

CU Günter

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Heiko Aßmus schrieb:

Ich hatte das so verstanden, daß Du meintest, die Zusatzkühlung würde die Verbrennung verschlechtern, also die chemische Reaktion "abstoppen".

Kann ich mir eigentlich nicht vorstellen. Eigentlich wäre es schön, wenn mal jemand die Thermodynamik vorrechnen könnte. Gegeben ein luftgefülltes Volumen bei verschiedenen Anfangsdrucken und

-temperaturen mit stöchiometrischer Brennstoffzugabe (also 6,36 % Kraftstoff, 21,82 % Sauerstoff und 71,82 % Ballastgas) und unterschiedlichen Wasserzugaben:

- Wie hoch sind Druckanstieg und Spitzentemperatur nach der vollständigen Verbrennung?

- Welche mechanische Arbeit wird bei der adiabatischen Expansion um den Faktor 10 abgegeben?

- Wieviel Wasserzugabe ist erforderlich, damit das Abgas eine Temperatur von 100 °C bei 1 bar hat? (Hängt wahrscheinlich vom Anfangsdruck ab.)

So eine idealisierte Darstellung wäre doch schon mal ganz nett, dann hat man schon einmal grob Überblick, was Saache ist - mag mal jemand ein paar Kennkurven berechnen und ins Netz stellen?

Man müßte dabei ggf. noch unterscheiden, ob die Wasserverdampfung bereits bei der Kompression geschieht und Kompressionsarbeit verbraucht oder erst bei der nachfolgenden Verbrennung (oder it das etwa egal?) - die Kompressionsarbeit muß man natürlich von der Expansionsarbeit noch abziehen.

Ich weiß es auch nicht.

Gruß aus Bremen Ralf

X-No-Archive: Yes

begin quoting, "Günter Schütz" schrieb:

Moment, das ging mir zu schnell. Also, eine Wärmekraftmaschine kann maximal den Carnot-Wirkungsgrad

eta_Carnot = (T_o - T_u) / T_o

erreichen. Wir betrachten den Motorprozeß idealisiert als Carnot'schen Kreisprozeß: kalte Luft wird mit unwesentlichen Mengen Kraftstoff und Wasser versetzt und komprimiert, dann durch innere Verbrennung erwärmt, expandiert unter Arbeitsleistung wieder auf Umgebungstemperatur, und der Kreislauf beginnt (nach dem Gaswechsel) von neuem. Dann ist es klar, daß der Wirkungsgrad von der erreichbaren Spitzentemperatur T_o abhängt und sich durch zu erwärmendes Ballastwasser verschlechtert.

Aber: im Motor passiert natürlich alles andere als so ein idealer Kreisprozeß. Zunächst einmal wird die energetisch mögliche Spitzentemperatur gar nicht erreicht, weil das Arbeitsvolumen durch Wärmeleitung Energie verliert, und zwar um so mehr, je höher die Arbeitstemperatur liegt. Ballastwasser könnte dabei schon einmal den Energieverlust durch innere Temperatursenkung reduzieren. Weiterhin kühlt sich das Gas bei der Expansion gar nicht auf die Umgebungstemperatur ab, sondern nur auf schätzungsweise 250 °C. Durch die Wasserzugabe würde man also nicht nut T_o, sondern auch - wirkungsgradsteigernd - T_u absenken. Und bevor ich keine geschlossene Darstellung oder Beispielrechnungen sehe, glaube ich vereinfachte Argumente erst einmal überhaupt nicht.

Nebenbei bemerkt: Wenn das Arbeitsvolumen merkliche Mengen Wasserdampf enthielte, könnte man eine weitere Leistungssteigerung durch Kondensation im Auspufftakt erzielen, also kurz nach UT Wasser in den Brennraum einspritzen, den Unterdruck zur Arbeitsleistung nutzen und die Auslaßventile erst kurz vor OT öffnen. Der Motor wäre dann eigentlich eine Dampfmaschine mit Dampferzeugung im Zylinder - warum eigentlich nicht?

Die ganze Wasseraufbereitung könnte man sich eigentlich schenken: genau wie bei einer alten Dampflok - Wasser aufnehmen, und wieder raus damit aus dem Auspuff, kostet doch nichts.

Kann mal jemand ein paar Eckdaten ausrechnen? Annahme: Luft und Kraftstoff erwärmen bei OT eine Wasserbeladung auf 800 °C Heißdampf, der expandiert dann auf 110 °C (ich komme auf grob 65 % Wirkungsgrad) und wird anschließend durch Wassereinspritzung auf ca. 90 °C gekühlt und kondensiert (falls sich das lohnt - das Warmwasser kann man evtl. teilw. auffangen und als Speisewasser wiederverwenden) - welches Kompressionsverhältnis braucht man dafür, wie ist das Verhältnis Kraftstoffmenge/Wassermenge im Zylinder?

Wo liegen die prinzipiellen "Kinken" der Idee?

Gruß aus Bremen Ralf

"Harald Maedl" schrieb

Hallo Harald,

ich hab die Diskussion nicht verfolgt, aber warum so kompliziert.

Man kann doch das Wasser mit Ethanol versetzen (hochprozentig) und dann in den Sprit kippen.

Ethanol enthält immer Wasser, aus dem Destilations- prozess. So muss man eigentlich nur die Menge an Ethanolzusatz zum Wasser finden, damit es sich vollständig im Benzin löst.

Vielleicht hab ich jetzt nen Denkfehler, aber ...

macht man das nicht schon, oder ist so geplant?

Gruss

Tobias

die leistungserhoehende saugkanaleinspritzung findet zu einem zeitpunkt statt, an dem die verbrennung noch nicht begonnen hat, bzw. auch noch kein kraftstoff im kolben ist.

fuer die NOx-reduzierende wasserzufuehrung bei dieseln duerfte es thermodynamisch kaum keinen unterschied machen, ob man direkt wasser einspritzt, eine emulsion zufuehrt, oder im saugkanal einspritzt, weshalb da auch alle drei verfahren realisiert werden.

dass der OP erst jetzt damit herauskommt, dass er diesel naessen will, macht diesen thread im uebrigen noch ueberfluessiger, als er eh schon war, weil zum thema Kraftstoff-Wasser-Emulgierung (KWE) gerade bei stationaeren dieseln eigentlich nicht nur genuegend literatur vorliegt, sondern die kisten auch zu hunderten in irgendwelchen kellern und anlagen laufen.

dass dieses eigentlich sehr plausible verfahren bei KFZ-motoren dann doch nicht bzw. nur experimentell zum einsatz kommt, obwohl es meines wissens seit den siebzigern (neben direkter wassereinspritzung und neuerdings auch da wieder saugkanaleinspritzung) stationaer verwendet wird, liegt ueberwiegend daran, dass KFZ-motoren in einem breiten drehzahl- und leistungsbereich betrieben werden muessen, ein optimaler betrieb aber eigentlich nur bei vollast ereicht werden kann.

So hatte ich das auch gemeint. Schon bei den jetzt üblichen Verfahren findet das statt, weil die Flammenfront bei Annäherung an die "kalten" Bauteile im Brennraum erlischt und somit unverbrannte Reste hinterlässt.

Warum nicht? :)

Zweifelsohne wär das schön, aber als Thermodynamik dran war, war ich wohl krank. ;)

Gut, dann sind wir uns ja einig. :)

Heiko

Wieso muss das Kalium raus?

Genau so wird's laufen müssen.

Mit "gelegentlich" ist es nicht getan. Das taugt nur für grundsätzliche Vorversuche.

??? Wieso Einbausatz, wenn sich Treibstoff und Wasser doch überhaupt nicht entmischen? Dann sollte es doch vollkommen ausreichen, wasserangereicherten Sprit zu tanken.

Wenn man das so machen würde, hätte man spätestens im Winter das Problem, dass das Zeug hin und wieder eingefroren ist. Und dann?

Jetzt verstehe ich gar nichts mehr. Mit so einer Düse kriegst du vielleicht einen feinen Wassernebel. Aber wie willst du einen Nebel zur Kavitation bringen? Kavitation entsteht doch, wenn Dampfblasen wieder implodieren, wodurch enorme Beschleunigungskräfte durch die nachströmende Masse am Implosionsort entstehen. Welche (große) Masse sollte in einem Nebel nachströmen?

Wenn das Zeug vernebelt wird, dann düften m.E. andere Prozesse für eine Vermischung verantwortlich sein als ausgerechnet Kavitation. Wahrscheinlich gibt es dann einfach einen Nebel, der ZWEI Sorten Tröpfchen enthält: Treibstoff und Wasser. Aber das sollte eigentlich ein alter Hut sein.

Hier speziell gilt: Nichts ist so praktisch wie eine gute (!) Theorie. Im konkreten Fall habe ich schon mit der Theorie meine Probleme.

Servus Christoph Müller

Die meiste Wärme verschwindet aber nicht durch den Wärmetauscher, sondern durch das Abgas.

BMW sagt, dass der Platz reicht.

Ich würde gerne das Astrail-Konzept realisieren. Da sind die Motordetails nur Randerscheinungen.

Warum sollte ich?

Geht man davon aus, dass der Wirkungsgrad als das Verhältnis von Nutzen/(dafür nötigen Aufwand) beschrieben werden kann, dann liegen

Servus Christoph Müller

Nick Müller schrieb:

Vom Serienteil? Das Ding ist doch noch gar nicht Serie! Es ist noch nicht mal für die Serie konzipiert, sondern läuft nur als Prototyp. Der Prototyp eines Computers war so groß wie ein Wohnzimmer und benötigte einen Stromanschluss, der jeden normalen Haushaltsanschluss überfordern würde.

Servus Christoph Müller

Günter Schütz schrieb:

Hier steht aber NICHT, dass die MEISTE thermische Energie das System verlässt, ohne irgendwas Mechanisches bewirkt zu haben. Vom Denkansatz geht man mit der Wassereinspritzung davon aus, diese ansonsten weggeworfene Energie doch noch mechanisch nutzbar zu machen. Das geht prinzipiell mit Dampfmaschinen, wenn das Temperaturniveau noch hoch genug ist, was es ja auch tatsächlich ist. Es erscheint deshalb nicht abwegig, den Motor selbst als eben diese "zusätzliche" Dampfmaschine zu nutzen. Dann kommt am Ende mechanische Energie raus und die Abgase haben eine niedrigere Temperatur. Schließlich wurde mehr Wärme in mechanische Energie umgewandelt. Natürlich wurde auch ein erklecklicher Anteil für die Verdampfung selbst benötigt. Am Ende interessiert aber nur die Bilanz, die aller Wahrscheinlichkeit nach positiv ausfallen dürfte.

Das halte ich für zu kurz gedacht. Es geht NICHT NUR um die Temperaturdifferenzen! Es geht primär darum, möglichst viel der gespeicherten chemischen Energie auf die Kolben zu bringen. Ob mit Verbrennung, Dampfmaschine oder einer Kombination aus beiden ist dabei belanglos. Am Ende zählt nur der Erfolg.

Servus Christoph Müller

Mir wird das jetzt zu blöd!

Servus, Nick