Seit dem Aufkommen des Verbrennungsmotors war die Leistungssteigerung er-stes Ziel der Motorentwicklung. Aber auch die Wirtschaftlichkeit, die mög-lichst gute. Ausnützung des Kraftstoffes hatte immer Bedeutung. Schon,Die-sels Absicht war der "rationelle Wärmemotor" 170. Immer wieder trugen auch wirtschaftliche Erwägungen dazu bei, dass die Entwicklung des Gas-motors nie ganz zum Stillstand kam [76]. Leistung und Wirkungsgrad sind -Motorkennwerte, die bei keinem Vergleich fehlen dürfen.
Daneben muss heute auch den Abgasen von Motoren Aufmerksamkeit geschenkt werden. Das rasche Anwachsen des Automobilverkehrs in den letzten dreis-Sig Jahren droht das ökologische System aus dem Gleichgewicht zu bringen.
Abgasgesetze werden weltweit zunehmend eerschärft, um dem Problem beizu-kommen. Unter solchen Umständen darf auch in einem Vergleich von Kraft-stoffen ihr Einfluss auf die Schadstoffemissioneu nicht unerwähnt bleiben.
Für den praktischen Einsatz ist schliesslich die sogenannte Motorkennung, das heisst der Verlauf des Motordrehmomentes über der Drehzahl wichtig.
Für Fahrzeuge, ganz besonders auch für Traktoren wird ein Drehmomentver2 lauf gewünscht, der von der Nenndrehzahl aus mit sinkender Drehzahl an-steigt. Mit grösserem Drehmomentanstieg wird der Motor elastischer und flag Durchzugvermögen bei steigender Last grösser.
Traktoren ünd Transporter oder Ferrzeuge ganz allgemein benötigen sehr oft nur einen Teil der maximalen Leistung. Die Wirtschaftlichkeit wird dadurch massgebend durch den Kraftstoffverbrauch bei Teillast beeinflusst.
Dem Teillastbereich gilt deshalb dieselbe Beachtung wie der Vollastkurve.
Die Berücksichtigung all dieser Forderungen und Wünsche führt zwangsläu-fig zu, Zielkonflikten, die bei der Einstellung des Motors zu Kompromissen zwingen.. ;
CO
Cdri NOx
0,6 0,8 1 12 1,4 ladtVerfanid
'97. =
5.1 Biogas-Öttomotoren
"5.1.1 Luftverhältnis
Die maximale Leistung des. Gas-Ottombtors wird mit nahezu stöchiometri-schem Ixaftstoff-Luftverhältnis erzielt. Die schaastoffärMste Einstel-lung liegt nähe der unteren Zündgrenze, beiX=Werten von 1,4 bis 1,5.
Der beste Bereich in bezug auf den aPezifipöhen Kraftstoffverbrauch, das heisst bezüglich Wirtschaftlichkeit,befindet sich dazwischen, bei einem Iuftverhälthis von: 1,2 bis 1,3.
Abbildung 47: •
Optimale Luftyerhältnisse bezüglich
»leiaturig, Verbrauch und Abgas beim OttoMotor
Die Forderungen der Praxis können natürlich s-e4,r verschieden sein.
Wird ein Benzinmotor als Gasmotor verwendet,, Wird vor allem: die Leistung Probleme bieten. üer schleöhtere GemischheizWert und die langsamere Ver.-J brennunghabervgegenüber dem Beniinbetrieb einen leistungeabfail um 15%
Zur Folge, selbst wenn Zündzeitpunkt ufgl Luftveillä4nis aufIete Lei-stungsabgabe angepasst werden (Abbildung 4).
140 120 -
— Benzin Erdgas
min ' 2 0 1000 2000 3000 4000
• Motordrehzohl
Abbildung 48: Leistung in Abhängigkeit der Drehzahl färMethan und Ben-zin bei jeweils optimaler Einstellung. eines Chevrolet 350 CID-Motors [38] .
Sicher wird in diesem Fall die Verbesserungsmöglichkeit der Abgaswerte nicht ausgenützt, schon weil die Schadstoffe im Abgas des Gasmotors ohne-hin geringer sind als im Benzinmotor.
Anders sieht es aus, wenn ein Gasmotor speziell entwickelt wird, ein Benzinmotor ein höheres Verdichtungsverhältnis verträgt oder ein Dieselmotor auf Otto-Gasbetrieb umgebaut wird.
Die Ausschöpfung der höheren Verdichtung, die allerdings mit Rücksicht auf die 'Zündanlage nicht über E= 13 bis 14 gesteigert werden kann, er-möglicht es, den kraftstoffbedingten Leistungsverlust gogenüber Benzin ohne weiteres zu kompensieren. Da der -direkteinspritzende Dieselmotor bei relativ grossen A-Werten und damit mit kleinem Gemischheizwert be-trieben werden muss, kann auch die Leistung eines Dieselmotors erreicht werden, obwohl dessen Verdichtung mit 16 bis 18 : 1' noch wesentlich hö-her liegt.
In diesem Fall .könnte, besonders wenn der Gesetzgeber dies verlangen wür-de, eine Verbesserung der Abgaswerte durch Abmagerung diskutiert werden.
Die Grenzen der möglichen Verbesserung gegenüber Benzin-und Dieselmoto -ren. zeigen die Ergebnisse von Versuchen mAt Erdgasmoto-ren. Sie wurden anfangs der Siebzigerjähre mit dem Ziel durchgeführt, Motoren mit mög-lichst geringem Schadstoffausstoss für Fährzeuge von städtischen Ver,
Nm N z Biogasbetrieb kW
40 - 35
r
Abbildung 49: Motorkennlinien bei Biogasbetrieb im Vergleich zu Diesel- betrieb [17]
Deutz D6207; Biogas; CH4 = 62 Vol-%, CO2 = 37,8 Vol-%, H2S = 0,2 Vol--%
lsehrsbetrieben zu entwickeln. Eine verbrauchsoptimale Einstellung des Gasmotors - LuftvorhEltnis X= 1,2 bis 1,3 - bringt aber gegenüber der leistungsoptimalen bereits eine Minderleistung von 10 bis 15 %mdt sich;
die weitere Abmagerung bis zu den besten Abgaswerten bei X = 1,4 bis 1,5 nochmals weitere 10 bis 20 % (Abbildung 47).
Motordrehzahl : Leer- 1400 min-1 lauf
Cm Hn +NOx Dieselmotor 2200 miri l •i /P + NO% Erdgasmotor
Abbildung 50: Vergleich des Erdgasmotors Mercedes M407hG und des Diesel-motors 014407h im 13-Bunkte-Test, beide in abgasoptimaler Aueführimagmit 126,5 kW-Leistung (Leistung de ä nicht opti-mierten Dieselmotors: 155 kW) [46]
Für den Traktor wird eine solche Leistungseinbusse kaum notwendig sein;
der Gesetzgeber schreibt hier nur die maximale Einission von.fohlenmono-xid vor (maximal 3,5 Vol-%11601), was mit dem Biogasmotor mit einem Luftverhältnis unter 1,1, also bei nähezu leistungsoptimaler Einstellung möglich ist.
Die Reduktion der Leistung bei gleicher Motoreinstellung, das heisst der Betrieb des Motors im Teillastbereich, verringert den spezifischen.Schad-stoffausstoss unbedeutend. Die auf die Leistung bezogenen Schadstoffmengen , nehmen ungefähr im gelben Verhältnis ab wie die Last (Abbildung 50).
5.1.2 RegelunK
Bei Funkenzündung ist Biogas nur innerhalb der Zündgrenzen zündfähig. Für die Lästanpassung kommt nur Drosselung in Frage. Da bei Drosselung der Motor ein stabiles Verhalten zeigt, ist kein besonderer Regler notwendig.
Es genügt ein Enddrehzahlregler, der den Zündstrom unterbricht und so ein Ubberdrehen des Motors verhindert.
5.1.3 Zündzeitpunkt
Der Zündzeitpunkt muss gegenüber einem entsprechenden Benzinmotor vorver-stellt werden. Eine allgemeine Aussage über die Grösse der Vorverstelliing ist nichtmöglich, weil auch die Motorgrösse und die Brennraumform eine grosse Rolle spielen.
Wie beim Verdichtungsverhältnis, so sind auch der Vorverlegung des Ver-brennungsbeginnes Grenzen gesetzt.
Beim Ottomotor ist es wieder in erster Linie die Klopffestigkeit des Kraftstoffes, die den Druckanstieg einschränkt. Wie Abbildung 51 für Erd-gas .zeigt, so liegt auch hier für BioErd-gas die Klopfgrenze hoch, das heisst bei- sehr früher Zündung. BeZüglich der Stickoxidbildung haben aber Versuche mit Erdgasmotoren gezeigt, •dass es besser ist, das Ver-dichtungsverhältnis möglichst hoch - und dafür den Zündwinkel entspre-ehend später zu stellen [133].
-101-
°kW 80 - 70 - GO - cm
5' 50 -
Maximum für klopffreien Betrieb mit Erdgas
Moximum für klopffreien Betrieb mit Benzin * Minimum für grösStes
•Drehmomen1 mit Benzin
• Minimum für grösstes Drehmoment mit Erdgas
800 1200 1600 2000 min-1
Motordrehzahl
Abbildung 51: Vorzündwinkel in Abhängigkeit der Drehzahl für den 6-Zylin-der-Minneapolis-Mblin 605B-6A Motor mit 9910 cm3 Hubraum [71]
* Normalbenzin: ROZ = 92,3; MOZ = 84,ä
5.2 Biogas-Zündstrählmotor
5.2.1 Luftverhältnis
Für den Zündstrahibetrieb wird die Verdichtung des direkteinspritzenden.
Dieselmotors beibehalten. Die Leistung bei Vollast kann deshalb. gegen-über dem Dieselbetrieb noch gesteigert werden, \ indem mit
wesentlich.rai-cherem GemischrmitÄ-Werten unter 1,1, bei welchen der Dieselmotor längst rauchen würde, gefahren wird.
Der Zündstrählmotor ist ein Ottomotor, das wurde schon mehrmals betont;
bezüglich Abgas und Wirtschaftlichkeit wird er mit Vorteil bei- etwa gleichen LuftverhältniSsen gefahren wie der Otte-Gasmotor.
Für den Teillastbetrieb stellt sich jedoch grundsätzlich die Frage, ob die Gemischregelung oder die 'Drosselung mehr Vorteile bietet.
20 - 10
0
C.
spez. Kraftstoffverbrauch
2 3 4. .5
Luftverhältnis
Abbildung 52: Optimple Luftverhältnisse bezüglich Leistung, Verbrauch und Abgas beim ZünästrahlMotor
5:2.2 Regelung
Beide Betriebsarten führen bei Teillast zu schlechter Ausnützung des Kraftstoffes und damit verbunden zu grossen Anteilen an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstpffen in den Abgasen. Die Drosselung ist, da-bei umindest da-bei kompakten Brennräumen und kurzen Flammenwegen der Gü-teregelung unterlegen.
Die Drosselung wirkt sich nicht nur in bezug auf Wirtschaftlichkeit und Umweltbelastung nachteilig aus. Für den Praktiker ebenso unschön ist der unruhige Lauf bei tiefer Last und Drehzahl, dessen Ursache vermut-lich Zündaussetzer sind. Kraftstoffverbrauch und Fahrverhalten könnten verbessert werden, wenn unterhalb 50 %. Last im Dieselbetrieb gefahren würde. Ein schlichter Uebergang vom Zündstrahl- auf Dieselbetrieb und umgekehrt unter Last stellt aber an die Regelung hohe Anforderungen.
-103-
Bei der Güteregelung wird der Verdichtungsenddruck nicht beeinflusst, der Zündstrahl zündet regelmässig. Der Motor dreht bis zum Leerlauf ruhig.
Der Betrieb des Zändstrählmotorb stellt allein schon dadurch höhere An-.
spräche, indem zwei Brennstoffe geregelt yerden müssen.
Eine sehr einfache Regelung ist allerdings möglich, wenn als Zündeträhl-menge die LeerlaufZündeträhl-menge -des Dieselbetriebes verwendet wird, und die Last-anpassung- durch Verändern der Gaszufuhr mit dem "Gaspedal" des Fahrzeuges erfolgt. Der Leerlauf wird dann nach Unterbrechung des Gasstroms allein im Dieselbetrieb aufrechterhalten. in Ueberdrehen des Motors wird durch Abschalten der Dieselförderung verhindert. Beides ist mit dem üblichen Regler des Dieselmotors möglich. Nachteilig ist dabei allerdings, dass die Gaszufuhr nicht ebenfalls unterbrochen wird. Bei gedrücktem Gaspedal kann dadurch Gas unverbrannt ins Auspuffsystem und ins Freie gelangen.
Bei Güteregelung verhält sich der Zündstrählmotor wie der Dieselmotor un-stabil. Für den Träktorbetrieb empfiehlt sich deshalb die Verwendung eines Verstellreglers, der auch bei unüberwachtem Betrieb trotz Laständerungon die eingestellte Drehzahl einhält. Wird dabei die Zündölmengs kleiner als die Leerlaufdrehzahl gewählt, ist es möglich, nur die Gaszufuhr zu regeln.
Auch eine kleine Zündölmenge, unter dem Leerlaufbedarf, reicht jedoch aus, um die Verzögerung des Motors zu verlangsamen, was vor allem beim Schal-ten unangenehm ist. Für den Fahrbetrieb ist es deshalb vorteilhaft die Regelung so vorzunehmen, dass bei plötzlichem "Gaswegnehmen" nach dem Schliessen des Gasventils auch die Zünäölförderungunterbrochen wird, bis die gewünschte tiefere Drehzahl erreicht ist.
Auch beim Abrägeln des Motors mit Drosselregelung durch Unterbrechung der Zündölzuführ muss dafür gesorgt werden, dass nicht Gemisch unverbrannt den Motor verlässt. Da die Drosselklappe beim Gaswegnehmen nicht ganz ge-schlossenwird, sondern den für den Leerlauf notwendigen Querschritt offen lässt, muss ein separates Gasventil den Züstrom von Gas zum Mischer unter-brechen.
Einspritzbeginn
Allgemein gültige Einstellwerte für den Einspritzbeginn sind nicht mög-lich, weil heben dem Kraftstoff auch der Motor grossen Einfluss auf den Verbrennungsablauf hat.
Im Zündstrählbetrieb wird bei guter Verteilung des Zündkraftstoffes im Brennraum der Druckanstieg steiler als im Dieselbetrieb. Gleichzeitig ver-grössert sich aber durch die Anwesehheit des Hauptkraftstoffes in der Ver-brennungsluft der Zündverzug des Dieselöls. Im Teillastgebiet bewirkt die . Drosselung eine zusätzliche Verzögerung der Zündung, während die, Abmage-rung bei der Güteregelung die Verbrennungsgeschwindigkeit verlangsamt.
In der Regel überwiegen die verzögernden Einflüsse, so dass der Einspritz-beginn für den Zündstrahlmotor mit Verteil einig Grade vorverstellt wird.
Kann der Einstellwinkel bei Umschaltung von Gas- auf Dieselbetrieb nicht angepasst werden, Muss natürlich ein Kompromisä gesählossen werden, wobei vor allem darauf zu achten ist, dass der Motor im Dieselbetrieb nochze-startet werden kann.
Beim Ford 4000 ist der Einspritzbeginn in der Dieselausführung (Abbil-dungen 42 und 43) auf 190 Vor OP eingestellt. Für den Biogas-Zündstrahl-betrieb (Abbildung 46) wurde die Pumpe um 40 Kurbelwinkel auf 230 vor OP vorgestellt. Bei dieser Einstellung zeigte sich der Motor auf Klopf-und Fehlzündungen sicherer als bei der Originaleinstellung .P.4. Die grösste Leistüng -wäre mit einem Einspritzbeginn bei 30° vor OP zu erzielen. Der Motor kann aber so nicht gestartet werden, weil er bei niederen Drehzäh-len'zu früh zündet [89].
Auch bei einem Einzylindermotör mit 553 cm3 Rubranm und einer Drehzahl von 1500 min-1 erwies sich ein Vorstellen des Einspritzzeitpunktes um 4,50 Kurbelwinkel in bezug auf den Verbrauch als optimal [141].
Bei Grossmotoren kann anderseits aber auch ein Späterstellen des Ein-spritzzeitpunktes,notwendig sein, Um zu hohe Zünddrücke zu vermeiden [21]. UM den wachsenden Zündverzug bei Drosselung bzw. die schleppendere Verbrennung mit grösser werdendem Luftverhältnis bei Güteregelung zu kom-pensieren, müsste eigentlich der Einspritzbeginn mit sinkender Last vor-
105 -
verstellt werden. Das wäre mit einem Spritzversteller möglich, wie er zur Anpassung des Einspritzbeginnes an Last und.Drehzahl im Dieselmotor verwen-det wird.
5.2.4 Zündölmenga
Für die sichere Entzündung des Gas-Luftgemisches im Zündstrählmotor ist
•eine Zündölmenge, die etwa 5 % der zugeführten Energie bei Vollast ent-spricht,ausreichend, Motoren, die nur imAündstrahlbetrieb laufen,werden in der. Praxis auch so gefahren. Für Motoren, die auch auf Dieselbetrieb , umgeschaltet werden müssen, sind so kleine Zündölmengen nur mit einer zu-sätzlichen, kleineren Einspritzanlage möglich. Mit der Dieseleinspritzan-lage können diese kleinen Mengen nicht mit genügender Regelmässigkeit eingespritzt werden, weil sich die Fertigungstoleranzen. zu stark auswir-ken. Die Brennstoffdüsen werden zudem mit demdurchströMenden Kraftstoff gekühlt. Eine im Verhältnis zur Dieselvollastmenge so kleine Einspritz rate würde für die Kühlung nicht ausreichen. Die Düse würde verkoken.
Eine grössere Zündölmenge ist schliessiidh auch zur besseren•Entflammung und Verbrennung des Gases ausserhalb der Zündgrenzen bei Güteregelung vorteilhaft.
Fe' den Betrieb von-Fahrzeugniotoren,die sowohl im Diesel- als auch iffi Zündstrählbetrieb laufen sollen, ist deshalb die .Verwendung der Leerlauf-menge als Zündöl zu empfehlen. Sie beträgt bei niederer Drehzahl zirka 15% der Dieselvollastmenge und nimmt mit steigender Drehzahl leicht zu.
Zur Verbesserung des Drehmomentverlaufes kann sie im unteren Drehzählbe-reich, angeimben werden; dies sollte aber nur ausgenützt werden, wenn das Motorverhalten nicht auf andere Weise befriedigend festgelegt werden kann, oder wenn die kleinere Menge zur Düsenhühlung nicht ausreicht.
Der ZündölanteilejgesamtenEnergieverbraueh richtet sich im praktischen Betrieb nach den Einsatzbedingungen. Je mehr .Teillast gefahren wird, desto .#•öaser ist derlündölänteil. Bei einem durchschnittlichen
landwirtschaft-lichen Einsatz muss mit einem Zündölverbrauch von 25 bis 35 % des gesam-ten Energieverbalichea gerechnet werden,
200-
Dieselbetrieb
Biogas-Zündstrohlbetrieb
50-
5.3 Korrektur des leehmomentverlaufes
Der Drehmomentverlauf des in Kapitel 4.6.3 betrachteten Ford-Motors im Biogasbetrieb ist für den Träktorbetrieb ungünstig; er wurde für den An-trieb von Bewässerungspumpen eingestellt [89]. Für den Traktor wird mit .abnehmender Drehzahl ein grösserer .Drehmomentanstieg gewünscht.
Nm
1200 1600 2000 Min-1 Motordpehzdhl
Abbildung 53: Drehmomentverlauf des Ford 4000 bei Diesel- und Zündstrahl-betrieb [120]
Die Korrektur des Drehmomentes kann durch Veränderung des Luftverhältnisses in Abhängigkeit der Drehzahl erfolgen. Hier müsste die Gaszufuhr so gere-gelt werden, dass sich im.Drehzählberdich von 1200 bis 1400 min-1 das Luft-verhältnis für beste Leistung einstellt - also um X= 1 - und bit zuneh-mender Drehzahl abnimmt auf zirka 1,4 bis 1,5 bei maximaler Ieistung, also
genau umgekehrt, als dies gemäss dem Kennfeld in Abbildung 46 für den Ford-Motor der Fall war. Das Drehmoment und damit. g.uc#Ale Leistung würden
da-durch bei tiefen Drehzahlen angehoben. Die Nennleistung würde auf
ge des Dieselbetriebes oder etwas tiefer abgesenkt. Das Fahrverhalten wür-de aber dadurch entscheiwür-dend besser. Zur Erreichung eines als mittelmässig-
— 107 -
zuleurteilenden-Drehmomentänstigges, wie ihn der Ford-Motor im:Dieselbe-trieb aüfweist„ würde vermutlich schon ein Konstanthalten des Luftüber schusses,über der Drehzahl genügen.
Die Verstellung des Luftverhältnisäes,abhängig:vpn der Drehzahl, ist durch Verändern des Gasdruckes vor der Gas-Luft-Mischstelle Möglich. InMisch-'ventilen ist dafür in der Regel eingeeignetes Drosselventii eingebaut.
Als Stellgrösse dient der Saugrohrunterdruek.
Bei Güteregelüng wirkt das Gasgestänge bereits auf das,Mischungsverhält -nis. Hier kann ein zweites, unabhängiges Ventil in die Gaszubringerlei-tang eingebaut werden; bei Verwendung eines Vers tellreglers Wird aber besser dessen Charakteristik entsprechend angepasst, wie das euch beim Dieselmotor üblich ist,
Eine weitere Möglichkeit, die Drehmementkennlinie zu beeinflussen, be-steht in der Anpassung der Zündölmenge.
Minimum für- genügendes Ourchzupermögen
= mm3 '2 8
- 'Minimum für zuverlässige Zündung
800 1200 16.00 mirrl 200Ö
lice-drefizaW
Abbildung 54: Zündölmenge in Abhängigkeit aer Motordrehzahl für den auf Zündsträhl-Holzgasgeneratorbetrieb umgebauten Traktor Hürlimann D110 [145]
Miese Lösung zur Verbesserung des DUrchzugvermögens wurde bei einem Trak-tor imHolzgas-Genera:Trak-torbetrieb mit Erfolg angewendet.
5.4 Gasverbrauch
Der Kraftstoffverbrauch ist zuerst eine Frage der Motorbauart und der Mo-toreinstellung. Die Verbrauchazahlen'ausgeführter Gasmotoren streuen stark (Abbildung 55).
Für den beutz-Biogastraktor beträgt der Bedarf an Gas mit 67 % Methan bei Vollast je nach Drehzahl 0,56 bis 0,6 Nm3 pro Kilowattstunde an der Zapf-welle. Im Zündstrahlbetrieb ist der Gasverbrauch natürlich geringer, weil"
zusätziich flüsäiger Kraftstoff verbraucht wird. Zudem ist bei Vollast auch der. Verbrennungswirkungsgrad etwas besser. Der Zündstrahlmotor 'Ford 4000 würde in einem Traktor eingebaut schon bei der Maximalleistung nur etwa 0,45 NM3 pro Kilowattstunde benötigen. Weil die Zündölmenge im gan-zen Betriebsbereich .etwa konstant gehalten wird, ist der Verbrauch bei tieferen Drehzahlen und abnehmender iollastleistung kleiner.
Der präktische Kraftstoffverbrauch hängt in erster Linie von der Motor-auslastung ab Das ist beim Biogasmotor Viel stärker als beim Dieselmo-tor der Fall.
Bei. einer durchschnittlichen Auslastung von 40 %muss beim Ottomotör mit zirka 0,8 NM3/kWh und beim Zündstrahimotor mit Droeselungmit 0,7 NM3/kWh gereShnet werden. Der Verbrauch des Zündstrahlmotors mit Qualitätsrege-lung dürfte noch etwas tiefer, bei zirka 0,5 NM3/kWh, liegen.
5.5 Anpassung an den CO2-Gehalt des, Biogases
Die Gaszumischung erfolgt durch Mischventile oder Venturimischdüsen.
Die Durchlaufmenge durch Düsen und Ventile ändert umgekehrt proportional :zur Wurzel aus der Dichte. Da sich auch der Heizwert von Biogas umgekehrt
proportional zur Dichte verhält, wird die zuströmende Energiemenge und damit der Gemischheizwert sehr stark vom 002-Gehalt beeinflUsst (Abbil-dung 59).
NmVh 25
Motorilrehzohl: • • 1950 miril
Spezifischer GasVerbrauch in Ab - hängigkeit vom Luftverhältnis .1: Ricardo E6, Methan [91]
2: Mercedes M407 hG, Erdgas [46]
.3: MAN (0846, Erdgas [133]
4: Farymann 618 cm3, Erdgas [172]
5: Lastwagenmotor 10,8 1, •
6 Zylinder, Methan [130]
6: 0FR-Motor, Methan [92]
1200 1600 200Ornin
Motordrehzahl Abbildung 56:
Zapfwellen-Leistung und spezifischer Biogasverbrauch in Abhängigkeit der Drehzahl für Biogas mit 67 Vol-%
Methan
- Deutz D6207 im Biogas-dttobetrieb [17]
- Ford 4000 im Biogas-Zündstrahlbe-trieb [120], Zündölante11,15 % der zugeführten Energie bei Voll-last
Abbildung 57:
Biogasverbrauch in Abhängigkeit von der Motorauslastung für den.Deutz-Biogasträktor [17] bei Biogas mit 67 Vol-% Methan
Abbildung 58:
Spezifischer Biogasverbrauch in Ab-hängigkeit von der Motorauslastung für den Deutz-Biogastraktor [17]
bei Biogas mit 67 Vol-% Methan
In der Gaszufuhr muss deshalb ein Ventil bzw. eine Einstellvorrichtung vorgesehen werden, womit das Mischungsverhältnis korrigiert werden kann, wenn der Methangehält bzw. der CO2-Gehalt des verwendeten Gases ändert.
Die Leistung des Motors wird mit zunehmendem CO2-Gehalt des Biogases niäht nur durch den kleineren Gemischheizwert verringert. Kohlendioxid verlangsamt vor allem im Ottomotor den Verbrennungbablauf, was zusätz-lich eine Verschlechterung des Motorprozesses bewirkt. Da mit steigendem CO2-Gehalt die -Klopffestigkeit angehoben wird, kann aber der Leistungs-verlust durch Vorstellen der Dindungverringert oder kompensiert werden.
480 Energiezufuhr
Vol%
1g160-
4_120 - Gaszuströmmenge
gloo Ix
80-z N
60 - 4.0
40 50 60 70 80 90 100 Vol-%
Methongeholt des Biomes
Abbildung 59: Gaszuströmmenge und Energiezufuhr bei konstanter Mischer-einstellung in Abhängigkeit des Methangehaltes von Biogas Weniger anfällig aufunterschiedlichen.0O2-Gehalt wird der Motor, wenn
bei
minimalem CO2-Gehalt ein möglichst reiches Gemisch eingestellt wird., Mit zunehmendem CO2-Gehalt wird bei gleichbleibendem Mischungsverhältnis das Gemisch - auf den brennbaren .Teil des Gases bezogen - luftreicher und verbrennt mit besserem Wirkungsgrad [144].30 -
7
215 50 75 160 .
Last
-111-
5.6 Beurteilung
Tunk der hohen Klopffestigkeit von Biogas lassen sich die Nachteile ge-genüber Benzin wie kleinererGemischheizwert, langsamere Verbrennungsge-schwindigkeit und gleichbleibende Molekülzahl bei der Umsetzung kompen-sieren. Durch Steigerung des Verdichtungsverhältnisses bis an die Grenze der Leistungsfähigkeit moderner Zündanlagen wird mit Biogas die. Leistung des Benzinmotors erreicht. Auch gegenüber dem Dieselmotor sind mit dem Otto-Gasmotor vergleichbare Leistungen möglich, weil er bei kraftstuff-reicheremMischungsverhältnis gefahren werden kann. .Der Wirkungsgrad bei Vollast liegt im Ottobetrieb zwischen dem des Benzinmotors und des Die-selmotors.
Im
Zündstrahlmotor ergänzen sich die Kraftstoffeigenschaften des Methans und das Verbrennungsverfahren aUsgezeichnet. Die hohe Klopffestigkeit des Nethans ermöglicht die Verbrennung bei der Veidichtung des Dieselmo:-tärs,und die Zündstrahlflamme beschleunigt den sonst langsamen Verbren-.nungsablauf. Mit dem Zündstrahlverfahren werden bei Vollast sogar leichthöhere Leistungen und Wirkungsgrade als mit dem DieselMotor erzielt.
0 ieselmotor Biogas- Ottomotor Biogos-Zündstrahlmotor init Dross,etregelung
0 ieselmotor Biogas- Ottomotor Biogos-Zündstrahlmotor init Dross,etregelung