Hallo,
zum Thema Ethanolkraftstoff kann ich ein wenig Hintergrund liefern. Wenngleich eine erhöhte Beimischung zunächst mal vom Tisch ist; vielleicht hat ja jemand Interesse etwas Grundsätzliches dazu zu lesen:
Kraftstoffe, die sich zur motorischen Verbrennung eignen, sind sehr vielfältig. Sie sind flüssig oder gasförmig und enthalten chemische Energie, die durch Verbrennung in Wärme umgewandelt werden kann. Zumeist bestehen sie aus Molekülen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzt sind und daher auch als Kohlenwasserstoffe bezeichnet werden. Zudem können noch geringe Mengen Schwefel und ein nicht unerheblicher Teil an Sauerstoff im Kraftstoff enthalten sein. Wichtige Eigenschaften eines Kraftstoffes sind sein Heizwert (Energiegehalt auf die Masse bezogen) und sein Mindestluftbedarf (Luftmasse, die mindestens erforderlich ist, um eine bestimmte Masse Kraftstoff vollständig zu verbrennen).
Um den Kraftstoff zu verbrennen, muß dieser in innigen Kontakt mit der für die Verbrennung erforderlichen Luft gebracht werden. Dazu wird der Kraftstoff als erstes zerstäubt (die Bezeichnung Vergaser ist daher nicht korrekt, da auch er nur zerstäubt). Dies erfolgt beim Ottomotor mit Saugrohreinspritzung (wie bei beiden im V8 verbauten Motoren) bereits außerhalb des Arbeitsraumes (dem Zylinder). Bei neueren Ottomotoren mit Direkteinspritzung wurde dieser Vorgang ins Innere des Arbeitsraumes verlegt. Auf die komplexen Vorgänge beim Dieselmotor soll hier nicht eingegangen werden, da beim V8 kein Dieselmotor zum Einsatz kam. Der zerstäubte Kraftstoff muß nun verdampft werden. Dabei nimmt er Wärme auf (Vergleich: stellt man unter der Dusche das Wasser ab verdampft es von der Haut. Das fühlt sich dann kalt an). Wieviel Wärme zur Verdampfung erforderlich ist hängt vom Kraftstoff ab und ist damit ebenfalls eine Kraftstoffeigenschaft.
Ist der Kraftstoff bis auf die molekulare Ebene vermischt, was zum Ende des Verdichtungshubes zumeist gegeben ist, kann die Verbrennung erfolgen. Regulär wird die Verbrennung durch den Zündfunken zu einem kontrollierten Zeitpunkt eingeleitet (Ottomotor). Unkontrolliert kann die Verbrennung auch durch Glühzündung starten, wovon hier aber nicht ausgegangen werden soll. Die Flamme breitet sich durch das Gemisch aus, wodurch der Kraftstoff umgesetzt und das im Arbeitsraum befindliche Gas sehr stark erwärmt wird. Die Temperaturerhöhung ist mit einer Druckzunahme verbunden, die auf alle Arbeitsraumwandungen und damit auch auf den Kolben wirkt. Dieser taucht im Arbeitstakt ab, so daß eine Arbeit abgegeben wird. Gewünscht wird, daß die Flammausbreitung gleichmäßig erfolgt. Allerdings gibt es einen Effekt, der die Gleichmäßigkeit der Verbrennung stört: Kommt es vor der sich ausbreitenden Flammenfront zu hohen Drücken und Temperaturen, kann es in diesen Bereichen zur Selbstzündung kommen. Selbstzündungen führen zu sprunghaftem Druckanstieg im Arbeitsraum. Dies kann innerhalb enger Grenzen toleriert werden. Sind die Selbstzündungen allerdings zu heftig, ist mit Bauteilschäden zu rechnen. Es ist zu bemerken, daß Selbstzündungen bei jedem modernen Ottomotor auftreten, es wird allerdings erst von klopfender Verbrennung gesprochen, wenn die selbstzündungsbedingten Drucksprünge hörbar oder bauteilschädigend sind. Die Neigung zur Selbstzündung hängt von der Temperatur und dem Druck vor der Flamme sowie dem eingesetzten Kraftstoff ab. Eine weitere Kraftstoffeigenschaft ist damit die Selbstzündungsneigung.
Die unterschiedlichen Motorkraftstoffe können in allen aufgezeigten Merkmalen sehr unterschiedlich sein. Z.B. ist der Heizwert von Ethanol nur etwa halb so groß wie der von Benzin. Es stellt sich daher die Frage, ob mit unterschiedlichen Kraftstoffen auch unterschiedliche Motorleistungen zu erzielen ist. Hierfür ist allerdings keinesfalls der Heizwert allein entscheidend. Bei einer thermodynamischen Berechnung der Arbeit, die ein Arbeitsraum innerhalb eines Arbeitsspieles (4 Takte) abgibt, kann gezeigt werden, daß die Leistung eines Motors vom Verhältnis des Heizwertes zum Mindestluftbedarf bestimmt wird. Betrachtet man die Kraftstoffe, die in einem Motorprozeß eingesetzt werden können, ist dieses Verhältnis für alle Kraftstoffe nur sehr wenig verschieden. Die einzige Ausnahme stellt hier der Wasserstoff dar. Folglich ist die zu erwartende Leistung eines Motors für alle Kraftstoffe etwa gleich. Ebenso verhält es sich mit dem Wirkungsgrad der Energiewandlung. Sie hängt wie die Leistung vom Verhältnis des Heizwertes zum Mindestluftbedarf ab. Hinsichtlich des energetischen Wirkungsgrades kann also kein Kraftstoff eindeutig bevorzugt werden. Lediglich Wasserstoff hat das Potential größere Wirkungsgrade und Leistungen zu ermöglichen. Da Ethanol selbst bereits Sauerstoff enthält, muß weniger zugeführt werden, um den Kraftstoff verbrennen zu können. Der Mindestluftbedarf von Ethanol ist daher nur etwa halb so groß wie der von Benzin, so daß das Verhältnis des Heizwertes zum Mindestluftbedarf bei Ethanol und Benzin gleich ist.
Anders sieht es mit dem tatsächlichen Verbrauch an Kraftstoff aus. Ist der Brennwert klein, muß mehr Masse eingesetzt werden, um eine bestimmte Menge Energie zu wandeln. Der Verbrauch des Motors bezüglich der Kraftstoffmasse wird sich also verdoppeln, wenn Ethanol statt Benzin verwendet wird.
Bezüglich der tatsächlich erzielten Leistung eines Motors kann es jedoch trotzdem Unterschiede geben, die durch sekundäre Effekte verursacht werden. Ein solcher findet sich beim Verdampfen des zerstäubten Kraftstoffes. Die Wärme, die der Kraftstoff beim Verdampfen aufnimmt muß von der Umgebung bereitgestellt werden. Idealerweise wird die Wärme der Luft entzogen, mit der der Kraftstoff vermischt wird. Die Luft kühlt sich damit ab. Die Dichte der angesaugten Luft vermindert sich, d.h. sie nimmt ein kleineres Volumen ein. Je ausgeprägter der Effekt ist, desto mehr Luft gelangt in den Arbeitsraum und somit kann auch mehr Kraftstoff eingesetzt werden. Mit der höheren Kraftstoffmasse kann dann mehr Arbeit je Arbeitsspiel vom Kolben abgenommen werden, so daß die Leistung steigt. Bei Benzin sinkt die Temperatur der angesaugten Luft um etwa 35°C ab. Ethanol verursacht einen erheblich größeren Temperaturrückgang, so daß die Leistung bei Einsatz dieses Kraftstoffes steigt. Im Gegenzug ist es aber bei kaltem Motor nicht mehr möglich den Kraftstoff vollständig zu verdampfen. Daher müssen mit reinem Ethanol betriebene Motoren mit einer Saugrohrheizung ausgestattet werden. Betreibt man einen Motor dagegen mit Gas, entfällt das Verdampfen und die Motorleistung ist gegenüber dem Betrieb mit Benzin vermindert.
Ein weiterer Punkt ist die Selbstzündungsresistenz eines Kraftstoffes. Bei Ethanol ist diese ohnehin groß. Da Selbstzündung jedoch von der Temperatur des Frischgases vor der Flamme beeinflußt ist, hat hier die Abkühlung des Gemisches durch das Verdampfen des Kraftstoffes erneut eine Auswirkung. Die niedrigere Gemischtemperatur verringert die Selbstzündungsneigung. Es kann daher ein höheres Verdichtungsverhältnis gewählt werden, was den Wirkungsgrad eines Motors positiv beeinflußt. Bei einem gegebenen Motor, z.B. V8, der mit Klopfsensor ausgerüstet ist, kann der Zündzeitpunkt nach ‚früh’ verschoben werden. Auch dies ist eine leistungs- und wirkungsgradfördernde Maßnahme.
Eine nur geringe Beimischung von Ethanol zum Benzin schwächt die oben beschriebenen Effekte ab. Grundsätzlich sind sie jedoch vorhanden und haben das Potential, Leistung und Wirkungsgrad zu steigern. Allerdings ist aufgrund der geringeren Energiedichte des Kraftstoffes mit einem erhöhten Verbrauch zu rechnen. Ein bereits bestehender Motor wird die Potentiale des Kraftstoffes nur bedingt nutzen können. Darüber hinaus ist auch die Aggressivität des Ethanols zu Berücksichtigen. Hier sind nicht nur Kraftstoffleitungen, -düsen und –pumpen gefährdet. Darüber hinaus verhält sich Ethanol sogar gegenüber einigen Aluminiumlegierungen korrosiv. Obwohl von Audi inzwischen eine Freigabe zur Verwendung des Benzins mit 10% Ethanol für Fahrzeuge ab 1992 vorliegt, ist hiermit nicht unbedingt eine Garantieübernahme verbunden. Der Nachweis, daß der Kraftstoff einen etwaigen Schaden Verursacht hat, ist vom Halter des Fahrzeuges zu erbringen.
Letztlich kann der Vorteil von Ethanolbeimischung nur bei der Konstruktion neuer Motoren genutzt werden. Der Gebrauchswert für den Fahrer eines „alten“ Autos ist insbesondere aufgrund der Korrosionsrisiken gering. Zudem wird Kraftstoff nicht nach Energiegehalt sondern nach Volumen abgerechnet und der volumenbezogene Energiegehalt sinkt durch die Ethanolbeimischung. Die Beilegung der Bestrebungen zur Zwangsbeimischung ist daher für uns begrüßenswert.
Ist leider doch was länglich geworden. Hoffe, es war interessant.
