Universität der Bundeswehr München
Fachbereich Maschinenbau
Fachhochschulstudiengang
Wissenschaftliche Einrichtung Thermische Maschinen und Geräte

Diplomarbeit
aus dem Gebiet der Verbrennungskraftmaschinen

Eignung von aufbereiteten Altfetten zum Betrieb eines
Dieselmotors

Aufgabensteller und Betreuer:
Prof. Dipl.-Ing. Rudolf Sagerer
Verfasser
Oberleutnant Olaf Soyk

München, im Januar 1999

Erklärung
Ich erkläre hiermit, daß ich die vorliegende Diplomarbeit selbständig verfaßt, nochnicht anderweitig für Prüfzwecke vorgelegt, keine anderen als die angegebenen
Quellen oder Hilfsmittel benützt sowie wörtliche und sinngemäße Zitate als solche
gekennzeichnet habe.

Neubiberg, den 14. Januar 1999

Olaf Soyk

Inhaltsverzeichnis

1 Kurzfassung.................................................................................................1

2 Einleitung.....................................................................................................2

3 Aufgabenstellung.........................................................................................5

4 Pflanzenkraftstoffe......................................................................................6
4.1 Allgemeine Grundlagen von Pflanzenölen............................................................6
4.2 Gebrauchte Pflanzenfette und –öle als Kraftstoff................................................8
4.3 Kraftstoffanalysen.................................................................................................10
4.3.1 Bestimmung der Dichte...................................................................................124.3.1.1 Auswahl des Versuchsaufbaus................................................................124.3.1.2 Versuchsbeschreibung.............................................................................124.3.1.3 Ergebnisse................................................................................................144.3.2 Bestimmung der Säurezahl.............................................................................15
4.3.2.1 Versuchsaufbau nach DIN 53402.............................................................15
4.3.2.2 Ergebnisse ...............................................................................................16
4.3.3 Bestimmung der Heizwerte..............................................................................174.3.3.1 Versuchsbeschreibung.............................................................................18
4.3.3.2 Ergebnisse................................................................................................20
4.3.4 Bestimmung der kinematischen Viskosität......................................................23
4.3.4.1 Versuchsaufbau nach DIN 51562.............................................................23
4.3.4.2 Ergebnisse................................................................................................25

5 Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen ......................................27
5.1 Versuchsfahrzeuge...............................................................................................27
5.2 Fahrzeugmessungen............................................................................................29
5.2.1 Allgemeiner Versuchsaufbau...........................................................................29
5.2.1.1 Rollenprüfstand........................................................................................29
5.2.1.2 Externer Kraftstofftank mit Volumenstrommesser....................................31
5.2.2 Leistung und Schwärzungszahl nach Bosch...................................................33

5.2.2.1 Versuchsdurchführung.............................................................................33
5.2.2.2 Vollastmessungen....................................................................................35
5.2.2.3 Teillastmessungen....................................................................................37
5.2.2.4 Auswertung..............................................................................................38
5.2.3 Messung der Abgas-Emissionen.....................................................................425.2.3.1 Versuchsaufbau........................................................................................43
5.2.3.1.1 Rollenprüfstand und Fahrprogramm.................................................44
5.2.3.1.1.1 Bestimmung des Fahrwiderstands.............................................44
5.2.3.1.1.2 Fahrprogramm............................................................................47
5.2.3.1.2 CVS-Anlage.......................................................................................49
5.2.3.1.3 Abgasanalyse-Einheit.......................................................................50
5.2.3.2 Versuchsdurchführung.............................................................................52
5.2.3.3 Auswertung...............................................................................................56

6 Analyse der Meßergebnisse.....................................................................61
6.1 Vergleich der Kraftstoffe......................................................................................61
6.1.1 Leistung und Wirkungsgrad.............................................................................61
6.1.2 Schwärzungszahl.............................................................................................64
6.1.3 Abgas-Emissionen und Kraftstoffverbrauch....................................................65
6.2 Einfluß der Kraftstofftemperatur auf die dieselmotorische Verbrennung.......69
6.2.1 Einfluß der Kraftstofftemperatur auf den Wirkungsgrad..................................69
6.2.2 Schwärzungszahl............................................................................................71
6.2.3 Abgas-Emissionen und Kraftstoffverbrauch....................................................71
6.3 Langzeituntersuchungen......................................................................................74
6.3.1 Rieger-Fahrzeug..............................................................................................74
6.3.2 Kraft-Fahrzeug.................................................................................................78

7 CO2-Bilanz.................................................................................................79
7.1 Haben gebrauchte Pflanzenkraftstoffe eine Bereitstellungskette?..................79
7.2 Der Einfluß des Startkraftstoffes auf die CO2-Bilanz........................................80
7.3 Grundlagen zur Berechnung der CO2-Bilanz.....................................................80
7.4 Berechnungstabelle zur CO2-Bilanzerstellung..................................................82
7.5 Ergebnis der CO2-Bilanz......................................................................................84

8 Ausblick und Verbesserungsvorschläge................................................85

9 Zusammenfassung der Ergebnisse.........................................................87

10 Literaturverzeichnis.................................................................................90

Anhang A: Normierungsvorschlag für Rapsöl............................................97

Anhang B: Berechnung der korrigierten Fahrwiderstände.......................98

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm.........................................101

Anhang D: Abgasanalyse-Auswerteprogramm........................................128

Anhang E: Temperatureinfluß....................................................................136

Kurzfassung

1

1 Kurzfassung
In dieser Diplomarbeit wird die Eignung von gebrauchten Pflanzenölen und –fetten
als Kraftstoff für Dieselfahrzeuge untersucht. Dazu standen drei Fahrzeuge zur
Verfügung, die alle mit einem Umbausatz des Herrn Georg Lohmann ausgestattet
waren. Als Kraftstoffe wurden zu dieser Diplomarbeit drei Pflanzenöle und -fette ausderLebensmittelherstellung

Anwendungsbereichundverwendet.

ein

Pflanzenöl

aus

einem

Diese

Pflanzenkraftstoffe

medizinischen

wurdenauf

ihre

Eigenschaften hin untersucht. Dabei wurden Bestimmungen der Dichte, desHeizwertes, der Säurezahl und der kinematischen Viskosität durchgeführt.
Die Eignung der Pflanzenkraftstoffe als Dieselkraftstoffersatz wurde durch folgenden
Untersuchungen überprüft:•

Abgas-Emissionsmessungen nach der EG-Richtlinie 70/220/EWG•

Leistungsmessungen mit einer gleichzeitigen Bestimmung der Schwärzungszahl

Weiterhin wurde der Einfluß der Kraftstofftemperatur auf die Verbrennung anhand
von Leistungs- und Abgas-Emissionsmessungen untersucht.
Bei der anschließenden Analyse der Meßergebnisse stellte sich heraus, daß das
Fahrzeug beim Betrieb mit Pflanzenkraftstoff eine höhere Leistung und eine höhere
Schwärzungszahl als mit Dieselkraftstoff hatte. Der Wirkungsgrad beim Betrieb mit
Pflanzenölen

war imunterenDrehzahlbereichschlechter

und

im

oberenDrehzahlbereich besser als beim Betrieb mit Dieselkraftstoff. Die KohlenwasserstoffEmissionen waren beim Betrieb mit allen Pflanzenkraftstoffen niedriger als mit
Dieselkraftstoff. Die Stickoxid-Emissionen waren beim Betrieb mit Pflanzenfetten
besser und mit -ölen schlechter, als bei den Messungen mit Dieselkraftstoff. Die
Kohlenmonoxid-Emissionen und der Kraftstoffverbrauch waren bei den Messungenmit Pflanzenkraftstoff höher, als bei denen mit Dieselkraftstoff. Bei den Messungenmit den verschiedenen Kraftstofftemperaturen hat sich für das Lohmann-Fahrzeug
ein optimaler Bereich zwischen 60°C-70°C herausgestellt.
Mit dem Kraft- und dem Rieger-Fahrzeug wurde ein Langzeitversuch gestartet derüber diese Diplomarbeit hinausgeht. Bis zum Abschluß dieser Arbeit traten keine
Schäden am Motor auf, die mit dem Pflanzenkraftstoffbetrieb in Verbindung standen.
Zum Schluß dieser Arbeit wurde für das Lohmann-Fahrzeug in vier verschieden
Szenarien eine CO2-Bilanz aufgestellt. Das Lohmann-Fahrzeug unterschritt dabei inzwei Szenarien den Grenzwert des 3-Liter-Autos deutlich.

Einleitung2

2 Einleitung„Die Menschheit steht an einem entscheidenden Punkt ihrer Geschichte. Wir
erleben eine zunehmende Ungleichheit zwischen Völkern und innerhalb von
Völkern, eine immer größere Armut, immer mehr Hunger, Krankheit und
Analphabetentum sowie eine fortschreitende Schädigung der Ökosysteme, vondenen unser Wohlergehen abhängt. Durch eine Vereinigung von Umwelt- und
Entwicklungsinteressen und ihre stärkere Beachtung kann es uns jedoch gelingen,
die Deckung der Grundbedürfnisse, die Verbesserung des Lebensstandards aller
Menschen, einen größeren Schutz und eine bessere Bewirtschaftung derÖkosysteme und eine gesicherte, gedeihlichere Zukunft zu gewährleisten. Dasvermag keine Nation allein zu erreichen, während es uns gemeinsam gelingen kann:in einer globalen Partnerschaft, die auf eine nachhaltige Entwicklung ausgerichtet
ist.“ [1]Dieses Zitat aus den Agenda 21 Präambel der Umweltkonferenz von 1992 in Rio deJaneiro zeigt, daß es an der Zeit ist für jeden von uns seinen Beitrag für die Umwelt
zu entrichten. Seit dem 27.10.1994 [2] steht der Schutz der Umwelt als Staatsziel inder Verfassung (Art. 20 a GG). Dieser Schritt ist das Ergebnis der letzten 15-20
Jahre, in denen die Umweltbewegung immer mehr an Bedeutung gewann. Ein
Bestandteil der heutigen Umweltproblematik sind die Treibhausgase, die für die
Klimaveränderungen verantwortlich sind. Das am meisten produzierte Treibhausgas
ist dabei das Kohlendioxid. Dieses entsteht hauptsächlich bei der Verbrennung vonKohle und Erdöl. Die Verminderung der Kohlendioxid-Emissionen ist also direkt mit
einer Verminderung der Verbrennung dieser Produkte verbunden. Ein Ersatz für die
Verbrennung von Kohle und Erdöl können nachwachsende Rohstoffe sein. Hierbei
handelt es sich hauptsächlich um Holz und holzähnliche Produkte, sowie um Öle
und Fette die aus Pflanzen und Tieren gewonnen werden. Diese Öle und Fette
werden heute in der Hauptsache für die Lebensmittelindustrie angebaut undhergestellt. Daß sich diese Öle und Fette grundsätzlich für die Verbrennung in
Dieselmotoren eignen, ist bekannt und wird auch heute in zwei verschiedenen
Grundgedanken verwirklicht.
Der erste Grundgedanke befaßt sich dabei mit einer Anpassung des Kraftstoffes anden Motor. Darunter wird eine chemische Veränderung (umestern) der Öle und FetteEinleitung3

verstanden. Durch diese Umesterung wird hauptsächlich eine Verringerung derkinematischen Viskosität auf das Niveau von Dieselkraftstoff erreicht und weiterhin
wird

die

Zündfähigkeit

desKraftstoffes

gesteigert.

Dieserveränderte

Pflanzenkraftstoff wird hier in Deutschland unter dem Namen Biodiesel vertrieben
und in den meisten Fällen aus Rapsöl ( 1 Rapsölmethylester/RME) gewonnen.
Die zweite Möglichkeit einen Dieselmotor mit Pflanzenkraftstoffen zu betreiben, isteine Anpassung des Motors an den Kraftstoff. Darunter wird die konstruktive
AnpassungdesDieselmotors

an

die

BedürfnissedesPflanzenkraftstoffes

verstanden. Ein Beispiel dafür ist der Elsbett-Motor.
Das Pflanzenöl-Motorkonzept des Georg Lohmann, das in dieser Diplomarbeit die
Hauptrolle spielt, versucht die Vorteile der einzelnen Möglichkeiten zu verknüpfen.
Für den Erfinder standen ökologische Vorteile durch die Verwendung vonnachwachsenden

Rohstoffen,

baulicheEinfachheit,

Funktionalität

undWirtschaftlichkeit bei der Entwicklung seines Pflanzenöl-Motorkonzeptes im
Vordergrund.
Der Grundstein für die bauliche Einfachheit sollte durch die Verwendung eines
unveränderten Dieselmotors gewährleistet werden. Die Veränderungen, die an den
Fahrzeugen vorgenommen wurden, beschränkten sich daher auf die Tank- undKraftstoffaufbereitungsanlage. Das hat den Vorteil, daß ein Serienmotor eine sehrhohe Fertigungsgenauigkeit und daraus resultierend eine hohe Lebensdauer hat.
Nachteilig an der Verwendung eines unveränderten Serienmotors ist, daß dieser fürden Dieselkraftstoff-Betrieb optimiert ist. Dieser Nachteil wurde durch eine
Anpassung des Pflanzenkraftstoffes an den Dieselmotor versucht auszugleichen.
Diese Anpassung erfolgt hierbei nicht mit einer Umesterung, sondern durch die
Erhöhung der Kraftstofftemperatur. Diese Erhöhung der Temperatur hatte - wie die
Umesterung - die Verminderung der kinematischen Viskosität des Pflanzenkraftstoffes zur Folge. Weiterhin wurde durch die Erhöhung der Kraftstofftemperatur
die Zündfähigkeit erhöht.
Die Funktionalität dieses Pflanzenöl-Motorkonzepts sollte sich nicht wesentlich vondem eines gewöhnlichen Dieselmotors unterscheiden. Der größte Nachteil im Sinne
der Funktionalität beim Betrieb eines Dieselmotors mit unverändertem Pflanzenöl ist
das Kaltstartverhalten. Dieses Problem wurde, durch die Verwendung vonDieselkraftstoff oder RME als Startkraftstoff, umgangen.

Einleitung

4

Die Wirtschaftlichkeit dieses Pflanzenöl-Motorkonzepts beruht nicht nur auf dem
geringeren baulichen Aufwand durch die Verwendung eines Serienmotors, sondern
wird auch durch die Verwendung von Altmaterialien als Kraftstoff unterstrichen.
Hierbei stehen alte Fritier- und Bratfette im Vordergrund. Aber auch viele andere
pflanzliche und tierische Öle und Fette können verwendet werden. Als Beispiel wäre
hier vom Haltbarkeitsdatum her abgelaufene Speiseöle und –fette oder Öl und Fettaus ausgekochten Tierkadavern zu nennen. Diese gebrauchten Öle und Fette sind
im Ankauf wesentlich günstiger als neues Pflanzenöl, RME oder Dieselkraftstoff.
Nachteilig an diesen Altmaterialien sind die möglichen Inhaltsstoffe wie z.B. Salz,
Kohlehydrate, Stärke, Wasser und Eiweiß und die damit verbundene teilweise
erforderliche Aufbereitung.

Aufgabenstellung5

3 Aufgabenstellung
In dieser Diplomarbeit sollte die Eignung von aufbereiteten Altfetten und –ölen zum
Betrieb eines Dieselmotors nachgewiesen werden. Nachweise sollten in folgenden
Gebieten auch auf langfristige Sicht erbracht werden:/

Umweltfreundlichkeit/

Haltbarkeit/

Wirtschaftlichkeit

Dazu sollten folgende Untersuchungen durchgeführt werden:/

Gleichmäßigkeit der Beschaffenheit der Altfette. Hierzu sollte der Weg derPflanzenfette

vom

Frischzustand

bis

zur

endgültigen

Bereitstellung

imFahrzeugtank aufgezeigt werden.
/

Messen der Abgas-Emissionen mit einer CVS-Anlage (HC, NOx, CO, CO2)•

mit verschiedenen Kraftstoffen•

bei verschiedenen Kraftstofftemperaturen/

Erstellen eines Auswerteprogramms für die Abgasanalyse/

Ermittlung des Kraftstoffverbrauchs anhand der CO2-Messung/

Erstellen einer CO2-Bilanz mit Bezug auf das 3-Liter-Auto/

Messung der Leistung•

mit verschiedenen Kraftstoffen•

bei verschiedenen Kraftstofftemperaturen/

Ermittlung der Säurezahl der verschiedenen Kraftstoffe/

Langzeituntersuchung/Entwicklung eines Kontrollsystems für die Langzeituntersuchung/Messung der Leistung und der Abgas-Emissionen vor und nach dem Langzeittest

Als Erweiterungen des Auftrags, nach Beginn der Diplomarbeit, haben sich ergeben:/

Fahrwiderstandsbestimmung/

Messung der Schwärzungszahl parallel zur Leistungsmessung/

Verbrauchsmessung parallel zur Leistungsmessung/

Umprogrammierung des Fahrzyklusprogramms, das für die Abgasmessungenbenötigt wurde/

Messung der Dichte, der kinematischen Viskosität und des Heizwertes derverwendeten KraftstoffePflanzenkraftstoffe

6

4 Pflanzenkraftstoffe
In diesem Kapitel werden die Pflanzenkraftstoffe und die an ihnen durchgeführte
Untersuchungen vorgestellt.

4.1 Allgemeine Grundlagen von Pflanzenölen
Die Verwendung von Pflanzenöl als Energieträger geht zurück bis ins Altertum, als
aus Oliven Lampenöl herstellt wurde. Die Verwendung des Pflanzenöls als Kraftstoff
für Verbrennungskraftmaschinen wurde durch Rudolf Diesel nachgewiesen.
Pflanzenöle wurden aber durch den Dieselkraftstoff aus wirtschaftlichen Gründen
verdrängt. Sie erlebten erst 1973/74 bei der Ölkrise eine Wiedergeburt. Weitere
Impulse erhielt die Pflanzenöl-Technik als Dieselersatz in den 80ern, als die
Landwirtschaft aufgrund von Überproduktion Flächen stillegen mußte. Diese
stillgelegten Flächen durften aber weiterhin zum Anbau von Ölsorten verwendet
werden, ohne Ihre Stillegungsprämien zu verlieren. Die Pflanzenöl-Technik bekam inden 90ern den wohl stärksten Schub, durch das größer werdende Umweltbewußtsein der Menschen. Begriffe wie Treibhauseffekt, Klimaveränderung, Saurer
Regen und Waldsterben ließen die Menschen aufschrecken.
Eine Verminderung dieser Probleme kann im wesentlichen durch die Verwendung
von Pflanzenöl erzielt werden.
Pflanzenöle werden in Ölmühlen, durch das Auspressen und Extrahieren derFrüchte oder Samen der verschiedenen Ölpflanzen, gewonnen. Sie bestehen im
wesentlichen aus zwei Komponenten, aus Glyzerin als Grundträger und den an ihm
angelagerten Fettsäuremolekülen, die sich unter Abspaltung von Wasser mit dem
Glyzerin verbunden haben. Diese Verbindung wird Triglycerid genannt.

Pflanzenkraftstoffe

7

Abbildung 4.1 Bildung eines Fettmoleküls
Fette oder Öle bestehen hauptsächlich (97%) aus diesen Triglyzeridmolekülen [3].
Die

restlichen

3%

bestehenausfreienFettsäuren,

Vitaminen,

Wasser,Phosphorverbindungen, sowie Spuren von Schwefel.
Öle und Fette unterscheiden sich hauptsächlich durch die prozentual verschiedenenangelagerten

Fettsäuren.

Diese

Fettsäuren

bestehenausgradzahligen

Kohlenwasserstoffketten (16-22 Kohlenstoffatome) mit einer Carboxylgruppe.
Fettsäuren unterscheiden sich durch die Anzahl der Kohlenstoffatome und die
Anzahl der Doppelbindungen. Im Zusammenhang mit Doppelbindungen wird auchvon gesättigten und einfach und mehrfach ungesättigten Fettsäuren gesprochen.
Diese Doppelbindungen haben grundsätzlich zwei für die Technik wichtige
Eigenschaften. Je höher die Anzahl der Doppelbindungen, desto niedriger ist der
Schmelzpunkt. Weiterhin kann festhalten werden, daß eine höhere Anzahl vonDoppelbindungen den Ablauf einer Reaktion begünstigt. Das bedeutet, daß bei
Fettmolekülen mit mehrfachungesättigten Fettsäuren grundsätzlich die motorische
Verbrennung besser ist.
Bei pflanzlichen Ölen und Fetten aus der Lebensmittelindustrie stehen andere
Eigenschaften im Vordergrund. Die Fette und Öle die hier gebraucht werden -in derHauptsache zum Fritieren- müssen über eine möglichst lange Zeit der thermischen
Belastung standhalten. Je mehr Doppelbindungen vorliegen, desto höher ist das
Risiko der chemischen Reaktion an diesen Doppelbindung. Durch diese Reaktionen
können kanzerogene Stoffe entstehen. Deshalb werden in der Lebensmittelindustriegern Fette und Öle mit gesättigten Fettsäuren zum Fritieren verwendet.
Pflanzenöle sollten, um als Kraftstoff eingesetzt zu werden, normiert werden. Hierzu
gibt es aus dem LTV-Arbeitskreis Dezentrale Pflanzenölgewinnung Weihenstephaneinen Normierungsvorschlag (Anhang A) zu Rapsöl [4]. Dieser Normierungs-

Pflanzenkraftstoffe

8

vorschlag läßt sich in Zukunft wahrscheinlich auch auf andere Pflanzenöle
erweitern, da Rapsöl global gesehen nur einen geringen Anteilen an der weltweiten
Pflanzenölproduktion hat. Mit Einschränkungen läßt sich dieser Normvorschlag auch
auf Recycling-Fette und –Öle anwenden.
Der Normierungsvorschlag für Rapsöl ist der Kraftstoffnorm für Dieselkraftstoff(EN 506) und Dieselkraftstoff aus Fettsäuremethylester (DIN E 51606) sehr ähnlich.
Als Erweiterung der Dieselkraftstoff-Norm kam hinzu:•

Neutralisationszahl•

Iodzahl•

Heizwert•

Gesamtverschmutzung•

Gesamtverschmutzung mit 5 µm-Filter•

Kälteverhalten•

Phosphorgehalt

Dafür wurden folgende Teilbereiche herausgenommen:•

Siedeverlauf•

Grenzwert der Filtrierbarkeit•

Chlorgehalt

Wenn die Öl- und Motorenhersteller ihre Erfahrungen mit dem Normvorschlag
gesammelt haben, ist geplant diesen Vorschlag zur Norm zu erheben.

4.2 Gebrauchte Pflanzenfette und –öle als Kraftstoff
Die Verbrennung von gebrauchten Pflanzenfetten und -ölen in Dieselmotoren ist
eine Alternative zur sonstigen Verwertung und Entsorgung dieser Abfallprodukte.
Bei der Verwendung dieser Altmaterialien als Dieselkraftstoffersatz steht derwirtschaftliche Aspekt im Vordergrund. Je nach Zustand kosten diese zwischen
0-80 Pf pro Liter. Dabei kann grundsätzlich festgehalten werden, daß sich die
geringeren Anschaffungskosten des Altmaterials meist in höhere Aufbereitungskosten niederschlägt.
Neben den wirtschaftlichen Aspekten kommen auch ökologische Aspekte zum

Pflanzenkraftstoffe

9Tragen. Die Vorteile sind aber alle darauf beschränkt, daß in einem Dieselmotor
Pflanzenkraftstoff an Stelle von Dieselkraftstoff verbrennt.
Das es sich bei den Pflanzenölen um Altmaterialien handelt, ist dabei nicht
ausschlaggebend.
In dieser Diplomarbeit wurden vier Pflanzenkraftstoffe aus Altmaterial auf ihre
Eignung als Dieselkraftstoffersatz untersucht. Als Reverenz wurden neben den
Untersuchungen

mit

den

Pflanzenkraftstoffen

auchUntersuchungenmit

Dieselkraftstoff durchgeführt.
Diese Pflanzenkraftstoffe werden im folgenden Abschnitt vorgestellt:•

Soja-Öl
Das 100% Soja-Öl wurde als Fritieröl in Backstraßen, in denen Milchprodukte
vorgebacken wurden (überwiegend überbackener Camembert), gebraucht.
Hierbei wurde das Fett ständig auf eine Temperatur von 180°C - 200°C erhitzt.
Der Wassergehalt in diesem Öl war aufgrund der hohen Temperaturen sehrgering. Der Aggregatzustand des Öles ist bei Zimmertemperatur flüssig. Mögliche
Verunreinigungen im Öl waren: Gewürze, Kohlehydrate, Stärke und Eiweiß. Das
Öl wird vor der Abgabe vorgefiltert und kostet ab Recycler ca. 60 Pf pro Liter. Der
Betrieb eines Dieselmotors ist mit diesem Öl nach einer weiteren Filtrierung
möglich.

•Sesam-Öl
Das 100% Sesam-Öl wurde als Massage-Öl eingesetzt. Das Öl wurde einmal
benutzt und anschließend wieder aufgefangen. Es wurde zur Tötung von
Bakterien kurzzeitig auf 110°C erhitzt. Mögliche Verunreinigungen sind nur auf
den Kontakt mit der Haut zurückzuführen. Sie beschränken sich daher auf
Hautpartikel, Haare und Körperschweiß. Verunreinigungen waren deshalb, im
Vergleich zu Fritier-Ölen, nur in sehr geringen Maßen vorhanden. Das Öl ist bei
Zimmertemperatur flüssig. Eine Filtrierung des Altmaterials ist durch den Recycler
bis zu 50 µm möglich. Monatlich fallen von diesem Öl ca. 1500-2000 Liter an undwerden ab Recycler für ca. 55 Pf pro Liter abgegeben. Eine weitere
Nachbehandlung war für den Betrieb eines Dieselmotors nicht erforderlich.

Pflanzenkraftstoffe•

10

Mc Donalds-Fett

Das Mc Donalds-Fett besteht in seiner Ursprungsform aus 100% Raps. Dieses
wurde zum Fritieren von Lebensmitteln eingesetzt. Dabei vermischte sich das
Rapsöl im Laufe der Benutzung mit gehärtetem Pflanzenfett, in dem die
Lebensmittel vorgebacken wurden. Daher ist auch der Aggregatzustand desAltmaterials bei Zimmertemperatur halbfest. Die Zubereitung der Lebensmittel
fand bei einer Temperatur von 160°C bis 180°C statt. Die Länge des Gebrauchs
war, je nach Fritiergutmenge und Temperatur, unterschiedlich. Dabei wurde das
Fett zwischenzeitlich immer wieder aufbereitet. Die verwendeten Lebensmittel
waren unter anderem mit Salz gewürzt. Von diesem Altmaterial fallen im Monatca. 560 t an. Der Betrieb eines Dieselmotors war mit diesem Fett nach einer
weiteren Filtrierung möglich.

•

Imbißbuden-Fett
Dieses Fett wurde direkt von einer Imbißbude bezogen, wo es als Fritierfett
eingesetzt wurde. Das Fett wurde bei einer Temperatur von ca. 35°C flüssig. Der
Wassergehalt war aufgrund einer langen Zwischenlagerungszeit hoch. Überdieses Fett gibt es sonst keine belegten Angaben. Folgende Angaben beruhen
daher auf Schätzungen:Die

Fett-Temperaturen

waren

zwischen

180°C

und

220°C.

MöglicheVerunreinigungen durch das Fritiermaterial könnten sein: Stärke, Kohlehydrate,
Eiweiße und Gewürze. Das Fett kostet in dieser Form ca. 10-20 Pf pro Liter. Der
Betrieb eines Dieselmotors war nach einer Filtrierung und einer Entwässerungdes Fettes möglich.

4.3 Kraftstoffanalysen
Die Kraftstoffanalysen wurden durchgeführt, um für die verwendeten Kraftstoffe die
nur teilweise in der Literatur vorhandenen Angaben zu ergänzen. Diese vorhanden
Literaturangaben beziehen sich auf Frischöle oder –fette und weiterhin nur auf
genormte Prüfverfahren. Hierbei störten speziell die genormte Prüftemperaturen, da
diese

nicht

den

in

den

Versuchen

angewendeten

Kraftstofftemperaturen

Pflanzenkraftstoffe

11

entsprachen.
Folgende Untersuchungen wurden durchgeführt:•Bestimmung der Dichte = f(T)Die Dichte = f(T) wurde zur Berechnung des Gesamtwirkungsgrades bei
den verschiedenen Kraftstofftemperaturen benötigt.

•

Bestimmung der Säurezahl

Die Säurezahl wurde bestimmt, um die Aggressivität der Öle gegenüber
Dichtungen und besonders gegenüber den Einspritzpumpenkolben
nachzuweisen. Diese waren bei Langzeitversuchen mit tierischem Altfettin einer früheren Diplomarbeit [5] korrodiert. Diese Korrosion führte zum
Ausfall des stationären Prüfmotors.

•

Bestimmung des Heizwertes

Der Heizwert wurde für die Berechnung des Gesamtwirkungsgrades
bestimmt.

•

Bestimmung der kinematischen Viskosität = f(T)Die kinematischen Viskosität wurde gemessen, weil sie einen Einfluß auf
die Zerstäubung des Kraftstoffes bei der Einspritzung, sowie auf die
Leckverluste in der Einspritzpumpe und somit auf die Einspritzmenge hat.
Beiinnendruckgesteuerten

ViskositätdesEinspritzpumpen

Kraftstoffes

zusätzlich

hat

noch

die

kinematische

Einfluß

auf

den

Salz-

und

Einspritzbeginn.
Zusätzliche

Untersuchungenwie

BestimmungdesAsche-,

Phosphorgehaltes und der Koksrückstände der Altmaterialien hätten weitere
Erkenntnisse über die Eignung dieser Altmaterialien für den Betrieb eines
Dieselmotors geliefert. Eine Durchführung dieser Untersuchungen war aufgrund desPflanzenkraftstoffe

12

Fehlens der Prüfapparaturen nicht möglich.

4.3.1 Bestimmung der Dichte

4.3.1.1 Auswahl des Versuchsaufbaus

Die DIN 51757 beschreibt Verfahren zur Dichtebestimmung, welche aus folgenden
Gründen nicht anwendbar waren:Das unter A beschriebene Verfahren mit dem Aräometer schied wegen den hohen
Prüftemperaturen

aus,

da

die

vorgeschriebenen

Spindeln

empfindlichaufTemperatur reagieren. Weiterhin bestand die Gefahr, daß die Spindeln durch die
hohen Temperaturen beschädigt würden.
Das Verfahren B (Bestimmung der Dichte durch hydrostatische Wägung) war wegender fehlenden Geräte nicht durchführbar.
Das Verfahren C war nicht durchführbar, da die vorhanden Pyknometer nur ein
Thermometer mit einer Skala bis maximal 40°C hatten.
Die Bestimmung der Dichte mit einem Schwingungsmeßgerät (Verfahren D) war
ebenfalls wegen dem Fehlen des Prüfgeräts nicht durchführbar. Daher wurde ein
Verfahren zur Dichtebestimmung entwickelt, welches im nächsten Kapitel näher
beschrieben wird.

4.3.1.2 Versuchsbeschreibung
Geräte:•Ein flüssigkeitsgefülltes Heizbecken mit einem Temperatureinstellungsbereich
von 0,1°C.

•

Zwei Meßzylinder mit einem einem Volumen von 10 ml, einer Ablesegenauigkeit
von 0,05 ml und einem Skalen-Eichwert von 20°C. Der Meßfehler durch die
Längen und Umfangsausdehnung des Meßzylinders beträgt bei 100°C 0,1%. Die
Ablesegenauigkeit von 0,05 ml entspricht bei einem Meßvolumen von 9 ml einem
Ablesefehler von 0,6 %.

•Eine Präzisionswaage mit einem Meßbereich von 10-6g.

Pflanzenkraftstoffe

13

Verfahren:

Die zwei Meßzylinder wurden beschriftet und leer gewogen. Als nächstes wurden sie
bei Zimmertemperatur mit ca. 9 ml der ersten beiden Pflanzenkraftstoffe gefüllt undwiederum gewogen. Anschließend wurden die Meßzylinder in das Heizbecken
gestellt und erhitzt. Nach Erreichender der untersten Prüftemperatur (50°C) durch
die Heizflüssigkeit wurden die Proben in den Meßzylindern noch weitere 15 Minuten
der Prüftemperatur ausgesetzt, damit sich diese auch in den Proben einstellen
konnte. Dann wurde das Volumen der Pflanzenkraftstoffe an der Meßskala
abgelesen und protokolliert. Anschließend konnten die Volumen der zwei
Pflanzenkraftstoffe bei den anderen Prüftemperaturen (60°C, 70°C, 80°C, 90°C und
100°C) ebenfalls anhand dieses Verfahren ermittelt werden. Nachdem die ersten
beiden Pflanzenkraftstoffe auf diese Art untersucht worden waren, wurden die
Meßzylinder

gespült

unddieMessungen

mit

den

anderenbeidenPflanzenkraftstoffen nach dem selben Verfahren durchgeführt. Am Ende dieser
Versuchsreihe wurde das Meßverfahren auf Dieselkraftstoff bei Zimmertemperatur
angewendet.

Auswertung:

Für die Auswertung wurde die folgende Formel verwendet:Ô=m Bruto B m TaraVÔ
1 Dichte¦ g / ml§m Bruto 1 Gewicht des Meßzylinders incl. Kraftstoff ¦g§m Tara 1 Gewicht des leeren Meßzylinders ¦ g§
V
1 Meßvolumen ¦ml§(4.1)

Pflanzenkraftstoffe

14

4.3.1.3 Ergebnisse
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der Abbildung 4.2 dargestellt:

Dichte in kg/L

0,925
0,9
0,875
0,85

Sesamöl
SojaölMcDonalds-Fett
Imbißbuden-Fett

0,825
0,8
0,775
0,75
50

60

70

80

90

100

Temperatur in °C
Abbildung 4.2 Kraftstoffdichte als Funktion der Temperatur
Wie aus Abbildung 4.2 ersichtlich, bewirkt eine Temperaturänderung von 50°C auf
100°C eine Änderung der Dichte um fast 4%. Würde bei der Wirkungsgradberechnung, welche die Dichte beinhaltet, der Temperatureinfluß vernachlässigt,
würden die Wirkungsgrade beim Betrieb mit Pflanzenkraftstoff bei hohen
Temperaturen einen höheren Zahlenwert und damit ein ungenaueres Ergebnis
liefern.
Beim Vergleich der Ergebnisse ergab sich eine geringere Dichte bei den Ölen als
bei den Fetten. Im Allgemeinen wurde festgestellt, daß die Temperaturkoeffizienten
aller Pflanzenkraftstoffe sich sehr ähnlich waren.
Die Meßergebnisse sind jedoch alle niedriger ausgefallen, als in der Literatur
angegeben. Diese Abweichung ist bei allen Meßergebnissen gleich vorhanden. Die
Dichte ist bei der Wirkungsgradberechnung eine Verhältniszahl (siehe Kap. 5.2.2.4).
Aus diesem Grund kommen rechnerisch die Meßergebnisse bei allen Wirkungsgradberechnungen gleichermaßen zum Tragen. Da keine Vergleiche mit außenstehenden

Ergebnissen

gemacht

wurden,

ist

nur

eine

VerschiebungderWirkungsgrade, jedoch keine Veränderung zueinander zu erwarten. Die in dieser
Arbeit durchgeführten Vergleiche der Wirkungsgrade der verschiedenen KraftstoffePflanzenkraftstoffe

15sind, basierend auf den oben genannten Einschätzungen, mit den Ergebnissen
untereinander aussagefähig.

4.3.2 Bestimmung der Säurezahl
Die Bestimmung der Säurezahl wurde nach DIN 53402 durchgeführt. Die Säurezahl
gibt Aufschluß darüber, wie viele freie Protonen in dem zu prüfenden Öl vorhandensind. Sie ist also ein Maß für die Aggressivität der Pflanzenkraftstoffe gegenüber
ihrer Umgebung. Der Begriff Säurezahl nach DIN 53402 gibt diejenige Menge
Kaliumhydroxid in mg an, die unter festgelegten Bedingungen erforderlich ist, um 1g
der zu untersuchenden Probe zu neutralisieren. Im Gegensatz zur Neutralisationszahl nach DIN 51558 können mit der Säurezahl nur saure und keine alkalischen
Bestandteile nachgewiesen werden. Im Versuchsaufbau, sowie bei den verwendeten
Prüfchemikalien bestehen zwischen der Säurezahl und der Neutralisationszahl
starke Parallelen. Aus diesen Grund sind die Ergebnisse der beiden Prüfverfahren
im sauren Bereich vergleichbar.

4.3.2.1 Versuchsaufbau nach DIN 53402
Für den Versuch mußten zuerst Reagenzien hergestellt werden. Als erstes wurde
0,1 mol/L Kaliumhydroxid (KOH) Lösung hergestellt. Dabei wurde das frische
unverwitterte KOH auf 1 Liter mit dem Lösungsmittel n-Propanol aufgefüllt. Die
Proben wurden in Erlenmeyerkolben 300 gefüllt, die auf einer genullten
Analysenwaage standen. Es wurden hierbei ca. 10 g der Probe eingefüllt, da durcheinen Vorversuch keine höheren Säurezahlen als 10 erwartet wurden. Die genaue
Masse der Einwaage wurde notiert. Als nächstes wurden die abgewogenen
Kraftstoffe in 50 ml n-Propanol gelöst. Beim Kraftstoff „Imbißbuden-Fett“ wurde,
aufgrund der schlechten Löslichkeit des Fettes in n-Propanol, das stärkere
Lösungsmittel Xylol verwendet. Danach wurden 8 Tropfen des farblosen Indikators
in die Probenlösung dazu gegeben. Als nächstes wurde, unter ständigem Rühren,
die 0,1 mol/L KOH-Lösung in die Proben-Lösung mit dem Indikator getropft. Wenn
der Indikator einen ständigen Farbumschlag in Richtung rot hatte, wurde das
Hineintropfen der Lauge beendet und die hineingetropfte Menge abgelesen. Diese
wurde auf 0,1 ml genau abgelesen und notiert. Dieses Verfahren wurde mit jedem

Pflanzenkraftstoffe

16

Kraftstoff durchgeführt. Am Ende der Versuchsreihe wurde ein Blinddurchgang ohne
Probe, also mit purem Lösungsmittel gemacht. Da die Durchführung der Versuche
problemlos mit allen Kraftstoffen verlief, konnte auf eine potentiometrische
Bestimmung (Anlegen einer Spannung in der Lösung) der Säurezahl verzichtet
werden. Da weiterhin in den Pflanzenkraftstoffen keine Anhydriden vorhanden sind,konnte ebenfalls auf die Bestimmung der Gesamtsäurezahl verzichtet werden, da
bei diesen Stoffen eine Bestimmung der partiellen Säurezahl ohne Anhydriden
ausreichend ist.
Die Auswertung erfolgte nach dem in der DIN 53402 beschriebenen Verfahren. Es
wurde dazu folgende Formel verwendet:

Säurezahl =¢ aB
B b £E5.611
E

mol
Kaliumhydroxidlösung bei der Titration ¦ml§Lmolb
1 Verbrauch an 0,1
Kaliumhydoxidlösung beim Blindversuch ¦ml§
L
E
1 Einwaage ¦ g§
5,611 1 Umrechnungsfaktor von ml } gKOH Angaben des Laugenherstellers (4.2)
a1 Verbrauch an 0,1

4.3.2.2 Ergebnisse
Die Ergebnisse

wurden im folgendem Diagramm zusammen gefaßt. Das

Meßergebnis der Säurezahl für den Rindertalg wurde aus einer früheren
Diplomarbeit [5] entnommen.

25

Säurezahl in mg KOH/g

22,5
20
17,5
15
12,5
10
7,5
5
2,5
0
Sesam-Öl
Soja-Öl

Mc-Donalds-Fett
DieselImbißbuden-FettRindertalg

Abbildung 4.3 Säurezahl nach DIN 53402

Pflanzenkraftstoffe

17

Ergebnisse:•

Die Säurezahlen der Pflanzenkraftstoffe lagen, bis auf die Ausnahme Soja-Öl, bei
4 mg KOH/g.

•

Soja-Öl lag um 50% höher, bei 6 mg KOH/g.

•

Der Rindertalg, der durch seine hohe Säurezahl die Pumpenkolben derEinspritzpumpe des stationären Prüfmotors zerstörte [5], hatte im Vergleich einebis zu 600% höhere Säurezahl.

•

Das Risiko, daß eine Zerstörung durch Korrosion mit den verwendeten
Pflanzenkraftstoffe auftritt, kann nicht ausgeschlossen werden. Dieses Risiko wird
aber als sehr gering bewertet. Bis jetzt ist bei den umgebauten Fahrzeugen kein
Fall von Schäden durch Korrosion bekannt. Der Dieselkraftstoff besitzt nur
innerhalb des Meßfehlers eine Säurezahl. Die Normvorschlag für Rapsöl vom
LTV-Arbeitskreis Dezentrale Pflanzenölgewinnung Weihenstephan vom 22.8.96
schreibt eine Obergrenze der Neutralisationszahl von 1,5 mg KOH/g vor. Diese
wurde von allen Alternativkraftstoffen durchbrochen. Abschließend ist zu sagen,
daß bei den Säurezahlen der in dieser Arbeit untersuchten Pflanzenkraftstoffe
keine Verwendung von säurezahlsenkenden Additiven erforderlich ist.

4.3.3 Bestimmung der Heizwerte
Die Heizwertbestimmung der Kraftstoffe erfolgte mit einem Junkerskalorimeter.
Dieses Kalorimeter arbeitet nach dem Prinzip, daß die bei der Verbrennung
entstehende Wärme inklusive der Kondensationswärme an Kühlwasser abgegeben
wird. Wenn die Lufteintrittstemperatur gleich der Abgasaustrittstemperatur, ist wird
die ganze Verbrennungsleistung an den Kühlwasserstrom abgegeben. Dieseabgegebene Wärmeleistung wird aus einer Messung der Temperaturdifferenz unddes Massenstromes des Kühlwasserstromes bestimmt. Aus der abgegebenen
Wärmeleistung kann, unter Zuhilfenahme des Brennstoff-Massenstromes, derBrennwert bestimmt werden. Aus der bekannten Kondensatmenge des Abgases wird
der Heizwert rechnerisch bestimmt . [15]

Pflanzenkraftstoffe

18

4.3.3.1 Versuchsbeschreibung

Die folgende Abbildung zeigt den Versuchsaufbau zur Heizwertbestimmung.

Abbildung 4.4 Aufbau der Versuchsstation zur Bestimmungdes Heizwertes mit dem Junker-Kalorimeter

Versuchsablauf:

Zunächst

wurde

der

Kühlwasserstrom

eingestellt,derBrennermit

demVersuchskraftstoff gezündet und in das Kalorimeter geschoben. Weiterhin wurden
die Becher, die zum Auffangen des Kondenswassers, sowie des Kühlwassers
bestimmt waren, leer gewogen. Nachdem ein stationärähnlicher Zustand derWärmeübertragung erreicht wurde, wurden die Messungen gestartet. Es wurden die
atmosphärischen Daten, sowie die Abgastemperaturen abgelesen und notiert. Die inder Abbildung 4.4 abgebildete Balkenwaage wurde durch eine elektronische
Federwaage ersetzt und inklusive Brenner und Brennstoffbehälter auf Null geeicht.
Gleichzeitig wurde eine Stoppuhr gestartet und der leere Becher zum Auffangen desKondenswassers unter die dafür vorgesehene Abflußöffnung gestellt. Im Abstandvon 30s konnten jeweils die Ein- und Austrittstemperaturen des Kühlwassers
abgelesen werden. Die verwendeten Thermometer hatten eine Genauigkeit von
1/10°C. Die Messungen wurden 10 mal wiederholt. Nach Abschluß dieser

Pflanzenkraftstoffe

19

Messungen konnte die Messung des Kühlwasserstromes durchgeführt werden. Dazu
wurde der gewogene Meßzylinder zum Auffangen des Kühlwassers unter einen
Dreiwegehahn gestellt. Dieser Dreiwegehahn wurde für 30s geöffnet und das
Kühlwasser in den Meßzylinder geleitet. Dadurch konnte der mit Kühlwasser gefüllte
Meßzylinder wiederum gewogen werden. Zum Abschluß der Versuchsreihe wurde
der Brennstoff-Massendurchsatz sowie der Kondenswasserstrom bestimmt. Dazu
wurde wieder zeitgleich die vor den Messungen betätigte Stoppuhr angehalten, dasBecherglas mit dem aufgefangen Kondenswasser unter dem Abfluß weggenommen
und die elektronischen Waage die Gewichtsabnahme des Brenners und Brennstoffbehälters abgelesen. Die beschriebe Meßreihe wurde dreimal wiederholt.

Auswertung [15]:Aus den 10 Werten für die Ein- und Austrittstemperatur des Kühlwassers konnte dasarithmetische Mittel gebildet werden aus den dabei gewonnen Werten die
Temperaturdifferenz berechnet. Aus der gemessen Zeit und den Massen desKondenswassers, sowie des Brennstoffverbrauchs konnte jetzt der Brennstoff- undKondenswasserstrom mit folgender Formel berechnet werden:

m̃˜ =

m
t

m̃ 1 Massenstrom ¦ g / min§m 1 Masse¦g§t 1 Zeit ¦min§(4.3)
Der Kühlwasserstrom wurde ebenfalls nach der Formel (4.3) berechnet. Mit derfolgenden Formel wurde der Brennwert bestimmt:

H o=m˜ WEc WEÇ Tm˜ Br

H o 1 Brennwert ¦kJ / kg§m˜ W 1 Kühlwassermassenstrom ¦ g / min§m˜Br 1 Brennstoffmassenstrom ¦g / min§ÇT 1 Temperaturdifferenz der gemittelten EinB und Austrittstemp.¦°C §(4.4)

PflanzenkraftstoffeAls

nächstes

20

konntederzurBestimmungdesHeizwertes

erforderliche

Erzeugungswärmestrom berechnet werden:
Q˜ k = m˜ kE2,5Q̃ k 1 Erzeugungswärmestrom ¦kJ / min§m̃ k 1 Kondenswassermassenstrom ¦g / min§
2,51 Kondensationswärme ¦kJ / gWasser§ (4.5)
Die Bestimmung des Heizwertes erfolgte nach folgender Formel:

Q̃˜ E10
H u= H oB k
m˜ Br

3

H o 1 Brennwert ¦kJ / kg§Q˜ k 1 Erzeugungswärmestrom ¦kJ / min§3

10 1 Umrechnungsfaktor g1 kgm˜Br 1 Brennstoffmassenstrom ¦ g / min§

(4.6)

Zum Abschluß wurden die Ergebnisse der drei Meßreihen arithmetisch gemittelt.

4.3.3.2 Ergebnisse

Die Ergebnisse lassen sich in die folgenden drei Gruppen unterteilen:•

Dieselkraftstoff•

Pflanzenöle•

Pflanzenfette

Dieselkraftstoff:

Die Versuchsreihe ließ sich ohne Probleme durchführen, so daß an der Richtigkeit
der Ergebnisse kein Zweifel besteht. Das arithmetische Mittel der drei Meßreihen
ergab für Dieselkraftstoff folgenden Heizwert:•

ermittelter Heizwert für Dieselkraftstoff: 42,40 kJ/kg

Pflanzenkraftstoffe

21

Dieses Ergebnis entspricht auch den Literaturangaben [3] und [8] und wurde daher
zur Berechnung des Wirkungsgrades in dieser Diplomarbeit eingesetzt.

Pflanzenöle:

Der Brenner konnte mit den Pflanzenölen nur mit folgendem Trick gestartet werden:
Dazu wurde er mit Pflanzenöl gefüllt. Die ersten Zentimeter der Brennstoffzufuhr
wurden mit Dieselkraftstoff gefüllt, da die Pflanzenöle große Probleme mit der
Verdampfung in den über der Flamme liegenden Heizspiralen hatten, die vor dereigentlichen Verbrennung stattfand. Durch die Verwendung des Dieselkraftstoffes
konnte die erstmalige Verdampfung der Pflanzenöle erreicht werden. Danacherzeugte die Verbrennung des Pflanzenöls eine für die weitere Verdampfung
ausreichende Temperatur.
Das arithmetische Mittel der drei Meßreihen ergab für die Pflanzenöle folgende
Ergebnisse:•

ermittelter Heizwert für Soja-Öl: 33,10 kJ/kg•

ermittelter Heizwert für Sesam-Öl: 33,48 kJ/kg

Diese Ergebnisse stimmen nicht mit den in der Literatur angegebenen Heizwertenüberein. Dieses könnte an einer nichtvollständigen Verbrennung gelegen haben. Ein
weiterer Grund könnte das Cracken der Pflanzenölmoleküle bei der Verdampfung
gewesen sein. Hierfür gab es folgende Hinweise. An der Brennerdüse setzten sichschwarze Koksablagerungen ab. Weiterhin brannte die Flamme von der Größe her
unregelmäßig. Die Flamme war aber vom Aussehen, bis auf die beschriebenen
Schwankungen in der Größe, von der Dieselflamme nicht zu unterscheiden.
Für die in dieser Diplomarbeit durchgeführten Berechnungen fanden die ermittelten
Heizwerte für die Pflanzenöle keine Anwendung, sondern die in der entsprechenden
Literatur genannten :•Literatur-Heizwert für Soja-Öl: 36,1-37,1 kJ/kg [4]in dieser Diplomarbeit verwendeter Heizwert für Soja-Öl: 36,5 kJ/kg

Da Sesam-Öl eine sehr ähnliche Zusammensetzung der Fettsäuren wie Soja-Öl hat

Pflanzenkraftstoffe

22[16], wurde aus Mangel an direkten Literaturangaben folgender Wert für die
Berechnung des Wirkungsgrades für Sesam-Öl angewendet:•in dieser Diplomarbeit verwendeter Heizwert für Sesam-Öl: 36,5 kJ/kg

Pflanzenfette:

Die Pflanzenfette mußten vor der Verbrennung erst verflüssigt werden. Dabei
wurden sie auf über 100°C erhitzt. Trotz dieser Vorwärmung verstärkten sich die
Probleme mit der Verdampfung. Selbst der Trick mit dem Dieselkraftstoff blieb ohne
Erfolg.

Der

Brennerspuckteimmer

wiederkleineheiße

brennende

Kraftstofftröpfchen heraus, ohne sie vorher verdampft zu haben und die Flamme
rußte dabei sehr stark. Weiterhin setzte sich die Brennerdüse mit Koksrückständen
zu.

An dieser Stelle

wurde die

Heizwertbestimmung der Fette

erfolglos

abgebrochen. Für das Imbißbuden-Fett konnte, aus Mangel an Kenntnis derZusammensetzung des Fettes, kein Heizwert aus der Literatur entnommen werden.
Das Mc Donalds-Fett besteht in der Ursprungsform aus 100% Raps. Aber je länger
es in Gebrauch ist, desto mehr findet ein Austausch zwischen diesem Rapsöl undden gehärteten Fetten, die an den vorgebackenen Lebensmitteln waren, statt. Daaber das Mischungsverhältnis immer unterschiedlich gewesen ist und das Fett, daszum Vorbacken genommen wurde unbekannt war, konnte ebenfalls kein Heizwert
aus der Literatur entnommen werden.

Pflanzenkraftstoffe

23

4.3.4 Bestimmung der kinematischen Viskosität
Die Bestimmung der kinematischen Viskosität erfolgte nach DIN 51562. Die in der
DIN vorgeschriebene Meßmethode erfolgt mit einem Ubbelohde-Viskosimeter. Das
Meßprinzip beruhte darauf, daß eine laminare Strömung mit der Prüfflüssigkeit ineiner Kapillare erzeugt wurde. Die Oberflächenspannungen waren dabei mit diesem
Gerät weitgehend niveauunabhängig.

4.3.4.1 Versuchsaufbau nach DIN 51562
file:///F|/Tmp/Ubbelohde-Visko Das Meßgerät bestand im wesentlichen aus dendrei Rohrteilen (1) bis (3), dem Vorratsgefäß (4)und der Kapillare (7) mit dem Meßgefäß (8) undder Vorlaufkugel (9) sowie dem Niveaugefäß (5).
Oberhalb und unterhalb des Meßgefäßes (8)waren auf dem Rohr (2) die Ringmarkierungen
M1 und M2 dauerhaft aufgeätzt. Durch dieseMarkierungen war sowohl das Durchflußvolumen
der Probe begrenzt, als auch die mittlere
Druckhöhe h festgelegt. Die Kapillare endete indem als Kugelkalotte (6) ausgebildeten oberen
Teil

des

Niveaugefäßes

(5).

Über

diese

Kugelkalotte (6) lief die Probe aus der Kapillare
in Form eines dünnen Films ab.
Abbildung 4.5 Ubbelohde-Viskosimeter
Das ganze Viskosimeter befand sich in einem durchsichtigen, beheizten Wasserbad.
In diesem Wasserbad konnte die Temperatur bis auf 1/10°C konstant gehalten
werden.
Versuchsdurchführung:Zunächst wurde das Wasserbecken beheizt und die Pflanzenfette in einem
Wasserbad verflüssigt. Der erste flüssige Kraftstoff wurde in die Viskosimeter bis

Pflanzenkraftstoffe

24

zwischen die Markierungen M am Vorratsbehälter (4) gefüllt und in das beheizte
Wasserbad gehängt. Nach 30 Minuten hatte der Kraftstoff die Temperatur desWasserbads angenommen, damit war die Voraussetzung für die Messung erfüllt. Als
Prüftemperaturen wurden 40°C und 90°C Wassertemperatur ausgewählt. Die untere
Temperatur wurde durch die Verflüssigungstemperatur der Fette und die obere
durch die Siedetemperatur des Wassers begrenzt. Mit einem Finger wurde dieRohrleitung (1) verschlossen und mit einem Schlauch, der auf die Rohrleitung (2)aufgesteckt wurde, die Prüfflüssigkeit bis über die Markierung M1 gesaugt.
Nachdem die Prüfflüssigkeit den Vorratsbehälter (9) erreicht hatte, konnte das
Saugen eingestellt werden und der Finger wieder von der Rohrleitung (1)genommen werden. Der Vorratsbehälter (5) entleerte sich schlagartig nach der
Freigabe von Rohrleitung (1) und der Flüssigkeitsspiegel im Vorratsbehälter (9) sanklangsam ab. Mit einer Stoppuhr wurde die Zeit, die der Flüssigkeitsspiegel zur
Durchquerung des Raumes zwischen den Markierungen M1 und M2 brauchte,gemessen und notiert. Die Messung wurde nach dem Leerlaufen der Kapillare (7)mit identischen Kraftstoff und bei der selben Temperatur wiederholt. Diese Methodezur Messung der Durchlaufzeit wurde auf alle Kraftstoffe bei den Temperaturen 40°C
und 90°C angewandt. Die Auswahl der Meßkapillare und damit der Gerätekonstanten erfolgte für die verschiedenen Kraftstoffe über Vorversuche.

Auswertung:

Die Auswertung erfolgt nach der DIN 51562.
Dabei wurde folgende Formel angewendet:

Ý = K Ct2

Ý 1 kin. Viskosität ¦mm / s§2
2
K 1 Gerätekonstante¦mm / s §t 1 arithmetisches Mittel zweier Durchlaufzeitmessungen¦s§ (4.7)

Nach der Formel (4.7) wurden für alle Kraftstoffe die kinematische Viskosität bei
40°C und 90°C berechnet. Danach erfolgte die Bestimmung der Richtungskonstante
der Viskositäts-Temperatur-Geraden (VT-Gerade) nach DIN 51563. Die Richtungskonstante hat den Zweck, nach ihrer Bestimmung auch die Berechnung derPflanzenkraftstoffe

25

kinematische Viskositäten bei anderen Temperaturen ohne weitere Versuche zu
ermöglichen.
Die Richtungskonstante berechnet sich nach folgenden Formeln:m=

W 1 BW 2
lg T 2 B lg T 1

m 1 Richtungskonstante der VT BGeraden ¦1§
W 1/ 2 1 lg lg ¢Ý1/ 2 A0,8£2

Ý1/ 2 1 Zahlenwert der kin. Viskosität ¦mm / s §T 1/ 2 1 Prüftemperatur ¦K §(4.8)

Nach der Bestimmung der Richtungskonstante wird die Formel (4.8) nach derkinematischen

Viskosität

umgestellt,umsokinematische

Viskositäten

in

Abhängigkeit der Temperatur berechnen zu können:

Ý x =1010

m C¢ lg T 2 B lg T x £ AW 2

B0,8x1 ausgewählteTemperatur(4.9)

4.3.4.2 Ergebnisse
Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind im Abbildung 4.6 dargestellt:

65
60

kin. Viskosität in mm²/s

55
50
45
40
DieselSesam-Öl
Soja-Öl
Mc-Donalds-Fett
Imbißbuden-Fett

35
30
25
20
15
10
5
0
40

50

60

70

80

90

100

110

Temperatur in °C

Abbildung 4.6 kinematische Viskosität der Kraftstoffe als Funktion der Temperatur

Pflanzenkraftstoffe

26

Hier wurde festgestellt, daß die Pflanzenkraftstoffe eine bis zu 30fach höhere
kinematische Viskosität bei 40°C haben, als der Dieselkraftstoff.
Bei 90°C haben die Pflanzenkraftstoffe immer noch eine bis zu 13fach höhere
Viskosität. Beim Vergleich des Dieselkraftstoffes bei Raumtemperatur mit den
Pflanzenkraftstoffen bei höheren Temperaturen wird festgestellt, daß sich die
kinematische

ViskositätderPflanzenkraftstoffe

immer

mehr

der

des

Dieselkraftstoffes annähert. Die kinematische Viskosität des Dieselkraftstoffes
beträgt bei Zimmertemperatur ungefähr 2-8 mm2/s (DIN 51601). Diese Werte werden
von den Pflanzenkraftstoffen bei 110°C erreicht.

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

27

5 Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen
5.1 Versuchsfahrzeuge
Die Versuchsfahrzeuge haben alle grundsätzlich den selben Umbausatz zum
Betrieb mit Pflanzenkraftstoff. Dieser besteht aus folgenden Hauptgruppen:•

kühlwasserbeheizte Tank- und Leitungsanlage•

Filter mit Thermostat gesteuerter Kraftstoffheizung•

Magnetventil gesteuerte Umschaltvorrichtung Diesel-/Pflanzenkraftstoffbetrieb

Funktionsprinzip:

Das Fahrzeug startet im kalten Zustand mit Dieselkraftstoff oder Rapsölmethylester(RME). Sobald der Fahrzeugmotor und der Pflanzenkraftstoff im beheizten Tank ihre
Betriebstemperatur erreicht haben, kann auf Pflanzenkraftstoffbetrieb umgeschaltet
werden. Vor dem Abstellen des Motors muß das Einspritzsystem wieder mit
Dieselkraftstoff oder RME gespült werden. Die Menge an Spülkraftstoff ist abhängig
von den erwarteten Motortemperaturen beim Neustart. Dieser Spülvorgang erfolgt
meistens in dem letzten Fahrtabschnitt, kann aber auch im Stand erfolgen. Der
Betrieb mit Pflanzenkraftstoff ist für den Benutzer, bis auf das Umschalten undSpülen, ohne merklichen Unterschied gegenüber dem reinen Dieselbetrieb.

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen28

Die Fahrzeugdaten und die Daten zum Umbau auf Pflanzenkraftstoffbetrieb dereinzelnen Fahrzeuge befinden sich in den folgenden Tabellen:„Lohmann“(AllgemeineMessungen)„Kraft“(Langzeitversuch)„Rieger“(Langzeitversuch)

Allgemein:
Hersteller

Opel

Opel

Opel

FahrzeugtypAstra Caravan

Astra Caravan

Astra Caravan

Erstzulassung

April '94

April '97

Mai '98

Fahrzeuggewicht

1090 kg

1130 kg

1140 kg

Motordaten:
Typ

Vorkammermotor ohne Vorkammermotor mit Motor mit
Abgasturboaufladung Abgasturboaufladung Direkteinspritzung und
Abgasturboaufladung

Hubraum

1700 ccm

1700 ccm

1995 ccm

Leistung

44 KW

50 KW

66 KW

Einspritzpumpe

innendruckgeregelte,mechanische
VerteilerEinspritzpumpe

innendruckgeregelte,mechanische
VerteilerEinspritzpumpe

elektronisch geregelte,magnetventilgesteuerte
VerteilerEinspritzpumpe

Umbau auf Pflanzenkraftstoff:
Umbaudatum/Kilometerstand30.9.97

Febr. '98

28.8.98

71.300 km

ca. 40.000 km

7167 km

Abschlußdatum/Kilometerstand26.11.98

22.12.98

14.12.98

114.369 km

ca. 80.000 km

18.558 km

Pflanzenkraftstoff- 1860,5 L
Verbrauch

420 L seit 1.9.98(72.060 km)

305 L

Dieselkraftstoff /RME-Verbrauch

130,5 L / 315,5 L

40 L /- seit 1.9.98(72.060 km)

264 L / -Fahrtstrecken•

täglich 7 km einfach • hauptsächlichzur Arbeit
AutobahnLangstrecken• viele längere
Zusatzfahrten im
Stadt- undÜberlandbereich•

täglich 38 km
einfach zur Arbeit•

kaum weitere
Zusatzfahrten

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

29

Die Tatsache, daß nur Opel Astra Caravan untersucht wurden ist reiner Zufall. Der
Umbausatz ist auf alle Dieselfahrzeuge anwendbar. Die Auswahl der untersuchten
Fahrzeuge erfolgte nach folgenden Gesichtspunkten:•

ständige Verfügbarkeit für die Untersuchungen mit verschiedenen Kraftstoffen
und Kraftstofftemperaturen (⇒ Lohmann-Fahrzeug)•

hohe Kilometerleistungen für die Langzeituntersuchungen (⇒ Kraft-Fahrzeug)•

Möglichkeit einer Langzeituntersuchung an einem neuen Dieselfahrzeug mit
Direkteinspritzung (⇒ Rieger-Fahrzeug)

Unter diesen Gesichtspunkten wurden die oben beschriebenen drei Fahrzeuge als
die Geeignetsten ausgewählt.

5.2 Fahrzeugmessungen
In diesem Kapitel werden die Messungen, die an den Fahrzeugen durchgeführt
wurden, beschrieben. Diese Messungen werden in zwei Bereiche unterteilt.
Der erste Bereich befaßt sich mit der Leistungs- und Schwärzungszahlmessung,sowie der Bestimmung des Gesamtwirkungsgrades bei Voll- und Teillast und bei
verschiedenen Kraftstofftemperaturen.
Der zweite Bereich umfaßt die Abgas-Emissionen der Fahrzeuge nach dem EG-Test
mit verschiedenen Kraftstoffen und Kraftstofftemperaturen.

5.2.1 Allgemeiner Versuchsaufbau
Zu den allgemeinen Versuchsaufbauten gehören die Anlagenteile, die für alleFahrzeugmessungen verwendet wurden. Dazu zählen der Rollenprüfstand und derexterne Kraftstofftank mit Heizung und Volumenstrommesser.

5.2.1.1 Rollenprüfstand
Der Rollenprüfstand mit der Bezeichnung 364/30 sowie die daran angebrachte
hydraulische Leistungsbremse mit der Bezeichnung U1-30 stammen von der Firma
Schenk in Darmstadt.

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

30

Der Rollenprüfstand hat folgende technische Daten [18]:•Maximal aufnehmbare Leistung:

220 KW•

Maximal aufnehmbare Zugkraft:

7500 N•

Maximal anzeigbare Zugkraft:

5000 N•

Maximal zulässige Prüfgeschwindigkeit:

220 km/h•

Zulässige Achsenlast auf den Rollen:

2000 kg•

Laufrollendurchmesser:

364 mm•Laufrollenlänge:2150 mm

Die Leistungsbremse ist an der vorderen Rolle des Prüfstandes angebracht. An
einem Hebelarm der Leistungsbremse ist eine Kraftmeßdose montiert. Unter
Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnis Rollenradius zu Hebelarmlänge wird
die Zugkraft, die am Fahrzeug anliegt, mittels einer Steuereinheit und der
Kraftmeßdose berechnet und zur Anzeige gebracht. Gleichzeitig ist an der hinteren
Rolle ein Geschwindigkeitsgeber angebracht. Die gemessene Geschwindigkeit wird
ebenfalls durch die Steuereinheit zur Anzeige gebracht. Weiterhin berechnet die
Steuereinheit aus diesen Daten nach der Formel

P =F Cv
P 1 Leistung¦W §F 1 Zugkraft ¦N §v 1 Geschwindigkeit ¦m / s§ (5.1)
die Leistung und zeigt diese an. Die Bremse hat zwei Einstellmöglichkeiten zur
Regulierung der Leistung:Als erstes durch die Verdrehung des Schöpfrohres (Grobjustierung) und zweitens
durch

die

Regulierung

desWasservolumenstromes(Feinjustierung).

Diese

Leitungsbremse kann aber trotzt dieser zwei Einstellmöglichkeiten nur für einen
Punkt einer Lastkurve geeicht werden.

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen31

Das folgende Diagramm zeigt eine willkürliche Lastkurve aus den Vorversuchen:

1200
1100
1000

Zugkraft in N

900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
10

20

30

40

50

60

70

Geschwindigkeit in km/h

Abbildung 5.1 Bremskraft als Funktion der Geschwindigkeit
Das Diagramm 5.1 zeigt eine lineare Abhängigkeit der Bremskraft von derGeschwindigkeit. Diese Kurvenart entspricht aber nicht einer Fahrwiderstandskurve.
Der

Fahrwiderstand

setzt

sich

aus

den

Komponenten

Rollreibung

undLuftwiderstand zusammen, wobei die Rollreibung nahezu konstant über derGeschwindigkeitsänderung

ist,steigtderLuftwiderstand

und

damit

die

Widerstandskraft quadratisch mit der Geschwindigkeit an. Diese Abweichung derFahrwiderstandskurve ist eine Fehlerquelle, die für die Abgasmessung relevant war.
Auf die vorderen Rolle wirkt zusätzlich zur Leistungsbremse eine Schwungmasse,
die eine Fahrzeugmasse von 1463 kg [17] simuliert. Diese Schwungmasse kann zur
Leistungsmessung abgekoppelt werden. Der Rollenprüfstand hat ohne diese
Schwungmasse ein Trägheitsmoment von 14,95 kg/m2 [17] was einer simulierten
Fahrzeugmasse von 451 kg entspricht.

5.2.1.2 Externer Kraftstofftank mit Volumenstrommesser

Tank:
Der verwendete externe Kraftstofftank wurde für frühere Diplomarbeiten [20], die die
Eignung von tierischen Altfetten untersuchten, gebaut. Er besteht aus Edelstahl undhat ein Fassungsvermögen für ca. 20 L Kraftstoff. In Bodennähe sind elektrische

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

32

Heizspiralen angebracht, die thermostatgesteuert den Kraftstoff erhitzen. Die
Temperaturaufnahme für das Thermostat erfolgte über einen PT 100 Meßwiderstand
der in Höhe der Kraftstoffentnahmestelle angebracht war. Das Thermostat hatteeinen Regelbereich von ca. ± 5°C. Mit einer manuellen Regelung der Temperatur
durch das Ein- und Ausschalten der Heizstäbe konnte eine Regelbereich von ± 3°C
eingehalten werden. Alle Messungen wurden daher mit der manuellen Regelung der
Kraftstofftemperatur durchgeführt.

Volumenstrommesser:

Im Kraftstoffbehälter war ein Volumenstrommesser montiert. Dieser wurde ebenfalls
für die Altfett-Untersuchungen früherer Diplomarbeiten [19] konstruiert und gebaut.
Das Meßgerät besteht in der Hauptsache aus einem Rohr und einem Schwimmer mit
einer Fahne, die eine Aussparung hat. Die Länge der Aussparung entspricht im
Zusammenhang mit dem Rohrdurchmesser einem Meßvolumen von 50 ccm.
Der Volumenstrommesser hat drei Öffnungen. Eine Einspritzpumpenein- undausgangsöffnung sowie eine Öffnung zum Kraftstoffbehälter, die durch ein
Magnetventil verschlossen werden konnte.

Abbildung 5.2 oberer Teil des Volumenstrommessers
mit Fahne und AussparungVersuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen33

Die eigentliche Messung funktioniert nach folgendem Prinzip:
Bei geöffnetem Magnetventil war der Kraftstoffspiegel im Meßgerät genauso hochwie im Kraftstoffbehälter. Der Schwimmer mit der Fahne schwamm auf dem
Kraftstoff. Das Magnetventil wurde betätigt und somit die Verbindung zwischen
Kraftstoffbehälter und Volumenstrommesser verschlossen. Der vom Dieselmotor
verbrauchte Kraftstoff ließ den Kraftstoffspiegel und damit den Schwimmer mit derFahne absinken. Die Aussparung an der Fahne öffnete und schloß dann eine
Lichtschranke, die wiederum einen Timer aktivierte und deaktivierte. An diesem
Timer konnte zum Schluß die Zeit, die für den Verbrauch von 50 ccm Kraftstoff
vergangen war, abgelesen werden. Durch das Öffnen des Magnetventils nach der
Messung floß wieder neuer Kraftstoff in das Meßgerät hinein und den
Flüssigkeitsspiegel wurde wieder auf das Niveau des Kraftstoffbehälters angehoben.

5.2.2 Leistung und Schwärzungszahl nach BoschDie Leistungsmessung wurde durchgeführt, um die Eignung der Pflanzenkraftstoffe
im Vergleich zum Dieselkraftstoff nachzuweisen. Weiterhin wurde mit derLeistungsmessung im Teil- und Vollastbereich der Einfluß der Kraftstofftemperatur
untersucht. Hierbei wurden Kraftstofftemperaturen von 50°C bis 100°C untersucht.
Zusätzlich zur Leistung wurde immer parallel die Schwärzungszahl nach Bosch,sowie der Kraftstoffvolumenstrom gemessen.

5.2.2.1 Versuchsdurchführung

Leistung:

Die Versuchsdurchführung unterscheidet zwischen den Messungen, die bei Vollast
und denen, die bei Teillast durchgeführt worden sind. Hierbei sollte die Leistungüber den kompletten Drehzahlbereich gemessen werden. Es wurde in Schritten vonca. 500 U/min gemessen was im vierten Gang bei allen Fahrzeugen Schritten vonca. 15 km/h entspricht. Dieser erste Abgleich zwischen Drehzahl und gefahrener
Geschwindigkeit im vierten Gang wurde mit einem externen Drehzahlmesser, der ander Einspritzleitung angeschlossen war, durchgeführt. Die Messungen wurden bei

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

34

1500 U/min (50 km/h) begonnen und ging bis 4500 U/min (140 km/h). Protokolliert
wurde immer die Geschwindigkeit. Bei der Leistungsmessung wurde der Rollenprüfstand ohne zusätzliche Schwungmasse verwendet, da so die Trägheit und damit
die Wahrscheinlichkeit eines Meßfehlers verringert werden konnte.
Alle Leistungsmessungen wurden aufgrund der großen Wärmeströme, die abgeführt
werden mußten, mit geöffneter Motorhaube und einem leistungsstarken Gebläse(424 m³ Luft/min u. 3,8 KW) vor dem Kühler durchgeführt.
Schwärzungszahl nach Bosch [21]:Parallel zur Leistungsmessung wurde immer die Schwärzungszahl nach Boschmitbestimmt. Diese Schwärzungszahl ist ein Maß für den Rußgehalt und damit für
die vollständige Verbrennung des Gemisches bei Motoren. Dazu wurde ein
Meßgerät mit der Bezeichnung Smoke Meter Typ 409 der Firma AVL-Deutschland
verwendet.

Prinzip der Schwärzungszahlbestimmung:

Eine gerade Meßstrecke, die mit dem Auspuff verbunden war, diente zur
Sondenaufnahme. Diese Meßstrecke hatte den selben Innendurchmesser wie das
Auspuffrohr. Mittels der Sonde wurde vom Meßgerät eine bestimmte Menge Abgas(1 Liter) entnommen. Diese Abgasmenge wurde durch ein ein Quadratzentimeter
großes Filterpapier, das vor jeder Messung automatisch erneuert wurde, geleitet.
Auf dem Filterpapier setzten sich die Rußpartikel ab. Die dabei durch den Rußverursachte

SchwärzungdesPapiers

wurde

durch

Reflektionsphotometer(Lichtquelle und Photozelle) gemessen. Diese Schwärzung wurde als Schwärzungszahl nach Bosch zur Anzeige gebracht.
Beim Rieger-Fahrzeug konnte die Schwärzungszahl nicht gemessen werden.
Aufgrund der niedrigeren Abgastemperaturen kondensierte das Wasser, das im
Abgas vorhanden war, im Gerät. Diese niedrigen Abgastemperaturen beruhen auf
dem guten Wirkungsgrad des Motors mit Direkteinspritzung und der Abgasturboaufladung. Das Wasser hat den Ruß gebunden und ist tropfenweise auf das
Meßpapier gesprüht. Dies verfälschte die Meßergebnisse. Der Versuch zur
Bestimmung der Schwärzungszahl wurde nach einer Reinigung des Geräts
nochmals wiederholt. Im Meßgerät kondensierte aber wiederum das Wasser aus

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen35

dem Abgas. Die Messung der Schwärzungszahl blieb aus diesem Grund bei dem
Rieger-Fahrzeug aus.

5.2.2.2 Vollastmessungen
Die Vollastmessungen wurden mit allen Kraftstoffen, sowie mit allen Temperaturen
durchgeführt. Dabei wurde jeder Geschwindigkeitspunkt (50-140 km/h) angefahren.
Durch die Schöpfradverstellung wurde die abgeführte Leistung der Bremse an die
des Motors bei der bestimmten Geschwindigkeit grob angepaßt. Durch die
Feinjustierung

über

die

VeränderungdesKühlwasser-VolumenstromesderLeistungsbremse konnte die Leistung der Bremse an die des Motors angepaßt undprotokolliert

werden.

NachderEinstellungderBremslast

wurde

der

Volumenstrommesser aktiviert. Nach dem Durchlaufen des Prüfvolumens von 50
ccm konnte die Durchlaufzeit notiert werden. Parallel dazu wurde die Schwärzungszahl (SZ) gemessen. Diese Messung der SZ wurde, aufgrund der ständigen hohen
Abweichungen, jeweils drei mal durchgeführt und protokolliert. Das beschriebene
Meßverfahren ließ sich auf jeden Geschwindigkeitspunkt, jeden Kraftstoff, sowie
jede Kraftstofftemperatur anwenden.
Die Abbildung auf der nächsten Seite zeigt ein Meßprotokoll einer solchen
Vollastleistungsbestimmung:Versuchsfahrzeuge und FahrzeugmessungenAbbildung 5.3 Meßprotokoll einer Leistungsbestimmung

36

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen37

5.2.2.3 Teillastmessungen

Die Teillastversuche

fanden nur in Verbindung

mit den Messungen zur

Temperaturanalyse mit dem Lohmann-Fahrzeug statt. Die Messungen wurden bei
den verschiedenen Lastzuständen 50%, 67% und 84% gefahren. Dabei wurden die
Teillasteinstellungen, unter Zuhilfenahme der Meßprotokolle mit Soja-Öl bei Vollast,
bestimmt. Die Werte wurden dabei immer auf 0,5 KW gerundet.
Die folgende Tabelle zeigt die bei Teillast verwendeten Einstellungen:

Geschwindigkeit

100% Last

84% Last

67% Last

50% Last(Ausgangswert)
50 km/h12,4 KW

10,0 KW

8,0 KW6,0 KW

65 km/h18,4 KW

15,0 KW

12,0 KW

9,0 KW

80 km/h23,4 KW

19,0 KW

15,5 KW

11,5 KW

95 km/h27,0 KW

22,5 KW

18,0 KW

13,5 KW

110 km/h

29,9 KW

25,0 KW

20,0 KW

15,0 KW

125 km/h

31,3 KW

25,5 KW

20,5 KW

15,5 KW

140 km/h

32,1 KW

27,0 KW

21,0 KW

16,0 KW

Abbildung 5.4 Ausgangswerte der vorgegebenen Leistung
für die Messungen bei Teillast
Für die Messungen bei Teilast stellte der Fahrer, nach dem Einregeln der richtigen
Kraftstofftemperatur, durch die Verstellung des Schöpfrades und des Volumenstromes der Leistungsbremse, den vorgegebenen Wert für die Leistung und dieGeschwindigkeit ein. Nach der Anpassung der Leistung an die Geschwindigkeit
behielt der Fahrer den vorgegeben Zustand durch die Variation des Gaspedals bei.
Dieses war um so schwieriger, je länger die Messung dauerte. Nachdem dervorgegebene Zustand erreicht war, wurde die Volumenstrommessung und die
BestimmungenderSchwärzungszahlen

durchgeführt.

Protokolliert

wurde

anschließend die während den Messungen vorgelegene Leistung, die Zeit, die zum
Verbrauch der 50 ccm Kraftstoff benötigt wurde und die Werte der Schwärzungszahlmessung. Das Protokollblatt entspricht dem der Vollastmessung. Dieses
beschriebene Verfahren konnte auf alle Geschwindigkeiten, Lastzustände undKraftstofftemperaturen angewendet werden.
Kleinere Lastzustände als 50% wurden aufgrund des hohen Meßfehlers im

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen38

Zusammenhang mit der Volumenstrommessung nicht durchgeführt. Die Begründunglag darin, daß bei kleinen Lasten der Verbrauch des Kraftstoffes immer mehr zurück
ging. Damit stieg die Zeit, die zum Verbrauch des Meßvolumens von 50 ccm
benötigt wurde und in der der Fahrer die Last und Geschwindigkeit konstant halten
mußte, gleichermaßen an. Dieses Konstanthalten war über eine lange Zeitspannenur sehr schwer möglich und gelang nur innerhalb eines Fensters. Je länger der
Zeitraum zum Verbrauch des Meßvolumens war, desto größer war das Fenster unddesto ungenauer wurden die Meßergebnisse.

5.2.2.4 Auswertung
Die

Auswertung

aller

Leistungsmessungenerfolgte

mitdemTabellenkalkulationsprogramm StarCalc 5.0. Zuerst wurden die Daten desProtokollblattes in das Programm übertragen. Berechnet wurden dann die reduzierte
Leistung nach DIN 70020, die indizierte Leistung, der effektive Wirkungsgrad, sowie
der Mittelwert der Schwärzungszahlen. Die für die Berechnung notwendigen
Stoffeigenschaften Dichte und Heizwert wurden im Kap. 4.3 beschrieben. Für die
Berechnungen wurden folgende Formeln angewendet:•

reduzierte Leistung nach DIN 70002

P redu = P gem ¢p gem
p norm£¢T Norm
T gem

0,5

£

P redu 1 reduzierte Leistung¦KW §P gem 1 am Prüfstand abgelesene Leistung¦KW §p gem 1 während der Messung vorgelegener Luftdruck ¦ mbar §p norm 1 Normluftdruck von1013 mbar
T gem 1 während der Messung vorgelegeneTemperatur ¦K §T norm 1 Normtemperatur von293K(5.2)

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen•39

indizierte Leistung

P ind =m̃˜ H u =Ṽ˜ Ô H u =H uÔt Durch0,05 m3

P ind 1 indizierte Leistung¦KW §m 1 Massenstrom ¦kg / s §˜Hu
1 Heizwert ¦KJ / kg§
Ô 1 Dichte¦kg / m §3
V 1 Volumenstrom ¦ m / s §t˜ Durch 1 Durchlaufzeit des Meßvolumens ¦s §3

3

0,05 m 1 50 ccm Meßvolumen

•

(5.3)

Gesamtwirkungsgrad

× ges =

P gem
P ind

×ges 1 Gesamtwirkungsgrad ¦1 §P gem 1 am Prüfstand abgelesene Leistung¦KW §P ind 1 indizierte Leistung ¦KW §

•

(5.4)

Die mittlere Schwärzungszahl ist das arithmetische Mittel der Einzelmessungen.

Die Messungen wurden im Bereich der Kraftstoffanalyse zweimal durchgeführt. Nach
der Auswertung wurden die zwei Ergebnisse arithmetisch gemittelt. Bei derTemperaturanalyse wurden die Messungen nur einmal durchgeführt, so daß die
Bildung des Mittelwertes entfiel.
Nach der Berechnung konnten folgende Meßdaten als Diagramm ausgegeben
werden:•reduzierte Leistung als Funktion der Geschwindigkeit•

Gesamtwirkungsgrad als Funktion der Geschwindigkeit•

Schwärzungszahl nach Bosch als Funktion der Geschwindigkeit

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen40

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen41

Die folgenden Abbildungen zeigt eine Beispiel-Auswertung mit den Meßdaten des
Beispiels aus Kap. 5.2.2.2 :Leistungsmessung und Messung der Schwärzungszahl

Datum:
Fahrzeug:
Kilometerstand:16.10.98
Opel Astra Caravan 1,7l D (Lohmann)
110 Tkm

Atmosphärische Daten:
Lufttemperatur in °C:
1971
Rel. Luftfeuchte in %:Luftdruck in mbar:
956

Prüfgestaltung:Kraftstoff:
Kraftstofftemp.:
Last in %:Gangwahl:
Heizwert in MJ/kg:
Dichte in kg/m 3:

Soja-Öl
70
100
4
36,5
867

Pgem
0
13,6
18,7
23,6
27,1
30,7
31,5
33,2

Pred
0
12,86
17,68
22,31
25,62
29,02
29,78
31,39

v
0
50
65
80
95
110
125
140

tdurchfluß
0
27,48
19
16,24
13,28
11,28
10
9,44

Pind
0
57,58
83,28
97,43
119,15140,27
158,23
167,61

Berechnung der reduzierten Leistung:ηges

SZ 1 SZ 2 SZ 3 SZmit

0,236
0,225
0,242
0,227
0,219
0,199
0,198

8
8,4
7,4
7,4
7,8
8,2
5,4

Predu =P gem ¢

7,4
8,6
7,6
7,2
7
7,2
5,2

pgem
pnorm

£¢

7,2
8,4
7,4
7,4
7,8
7,2
5,6

7,53
8,47
7,47
7,33
7,53
7,53
5,4

T NormT gem

Berechnung der indizierten Leistung:P ind = m̃ H u = Ṽ Ô H u =Berechnung des Gesamtwirkungsgrad:× ges =

0,5

£

HuÔ
t Durch

P gem
P ind

Abbildung 5.5 Auswertung der Vollastleistungsmessung
mit 70°C warmen Sojakraftstoff

0,05 m3

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

42

Gesamtwirkungsgrad
0,25

Wirkungsgrad in 1

0,225
0,2
0,175
0,15
0,125
0,1
0,075
0,05
0,025
0
0

50

65

80

95

110

125

140

Geschwindigkeit in km/h

Leistungsmessung
35

Leistung in KW

30
25
20
Pgem
Pred

15
10
5
0
0

50

65

80

95

110

125

140

Geschwindigkeit in km/h

Schwärzungszahlmessung
Schwärzungzahl in 1

9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0

50

65

80

95

110

125

140

Geschwindigkeit in km/h

Abbildung 5.6 Diagramme zur Vollastmessung mit 70°C warmen Sojakraftstoff

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen43

5.2.3 Messung der Abgas-Emissionen
Abgas-Emissionen sind für die Beurteilung eines Motorkonzepts von großer
Bedeutung. Dabei wird zwischen den vom Gesetzgeber limitierten und den
unlimitieren Abgas-Emissionen unterschieden.

Zu den limitierten Abgas-Emissionen gehören:•Kohlenwasserstoffe (HC)•Kohlenmonoxid (CO)•Stickoxide (NOx)•Partikel (bei Dieselmotoren)

Zu den wichtigsten unlimitierten Abgas-Emissionen gehören:•Kohlendioxid (CO2)•

Aldehyde und Ketone•

Polyzyklische aromatisch Kohlenwasserstoffe (PAH)

Während dieser Diplomarbeit konnten mit der Anlage CO, CO2, NOx und HC
gemessen werden. Diese Abgaskomponenten wurden angelehnt an die EGRichtlinie 70/220/EWG Typ I gemessen. Diese Richtlinie wurde in manchen
Bereichen aus Gründen, die mit den Meßaufbau oder mit dem Fahrzeug
zusammenhängen nicht eingehalten. Die Abweichungen von der Richtlinie wurden inden einzelnen Unterkapiteln beschrieben und begründet.
Die

Richtlinie

findetnormalerweiseimRahmenTypenzulassung von Kraftfahrzeugen ihre Anwendung.

derPrüfungen

für

die

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

44

Kurze Versuchsbeschreibung:

Abbildung 5.7 Schema der verwendeten Anlage zur Abgas-Emissionsmessung
Bei der Abgasanalyse nach der EG-Richtlinie 70/220/EWG Typ I wurde ein
bestimmter Fahrzyklus von dem zuprüfenden Kfz. auf einem Rollenprüfstanddurchfahren. Dieser Fahrzyklus bestand aus vier Abschnitten, die den Stadtverkehr
simulierten und einem Abschnitt der eine Überlandfahrt simulierte. Die Abgase, diedabei emittierten, wurden im „Constant Volume Sampling Verfahren“ (CVSVerfahren) mit Umgebungsluft verdünnt. Aus dem verdünnten Abgas wurden
fortlaufend Proben entnommen und in einem Beutel gesammelt. Zusätzlich zu dem
verdünnten Abgas wurden auch fortlaufend Proben aus der Luft, die zur Verdünnung
verwendet wurde, in einem anderen Beutel gesammelt. Nachdem der Fahrzyklus
beendet war, konnten die beiden Beuteln analysiert werden. Es war möglich, anhand
der gewonnenen Daten die Abgas-Emissionen die während des Fahrzykluses
emittiert wurden, mit einem eigens dafür geschriebenen Programm zu berechnen.

5.2.3.1 Versuchsaufbau
Der Versuchsaufbau zur Abgasanalyse bestand aus drei Hauptbestandteilen:•

Rollenprüfstand und Fahrprogramm•

CVS-Anlage zur Abgasverdünnung und Sammlung

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen•

45

Abgas-Analyseeinheit

5.2.3.1.1 Rollenprüfstand und Fahrprogramm
Der Rollenprüfstand wurde im Kap. 5.2.1.1 beschrieben.
Der Rollenprüfstand entsprach mit der ausgeführten Leistungsbremse nicht der EGRichtlinie 70/220/EWG, da sie nur für eine Geschwindigkeit justierbar war. Weiterhin
zeigte die Leistungsbremse einen linearen Zusammenhang zwischen der Bremskraft
und der Geschwindigkeit. Dies entspricht nicht der Realität eines Fahrzeuges. Beim
Fahrzeug besteht im Gegensatz dazu ein proportionaler Zusammenhang zwischen
der Geschwindigkeit und Bremskraft. Dies bedeutet, daß bei einer Justierung derLeistungsbremse bei 80 km/h die Bremskraft im unteren Geschwindigkeitsbereich(kleiner 80 km/h) zu hoch eingestellt war und im oberen Bereich (größer 80 km/h) zu
niedrig eingestellt war. Die Werte für die Justierung der Leistungsbremse
entsprechen dem Fahrwiderstand des Fahrzeuges. Da die Fahrwiderstände nicht
bekannt waren, wurde eine Fahrwiderstandsbestimmung durchgeführt.

5.2.3.1.1.1 Bestimmung des Fahrwiderstands
Die Bestimmung des Fahrwiderstands wurde nach der EG-Richtlinie 70/220/EWG
Typ I bei 80 km/h durchgeführt. Als Fahrstrecke für die Fahrwiderstandsbestimmung
wurde der Taxi-Way des ehemaligen Flughafens Neubiberg ausgewählt. Die in derRichtlinie beschriebenen Rahmenbedingung wurden bei der Messung erfüllt. Die
Messung der Geschwindigkeit und der Zeit erfolgte mit einem Peisselerrad, das am
Heck des Fahrzeuges montiert war und dem dazugehörigen Auswertegeräte.

Versuchsablauf:

Nach der Montage des Peisselerrad und dem Überprüfen und Einstellen der
Rahmenbedingungen, sowie der Überführung auf die Meßstrecke, wurde das
Fahrzeug auf 90 km/h beschleunigt und dann ausgekuppelt. Anschließend wurde
das Meßgerät gestartet. Das Fahrzeug mußte bis unter 75 km/h ausrollen. Das
Meßprotokoll aus dem Auswertegerät konnte entnommen werden. Die beschriebene
Messung wurde in jede Richtung des Taxi-Way zweimal durchgeführt. Aus den

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

46

Meßprotokollen wurde anschließend die Zeit, die zwischen 85 und 75 km/h
vergangen war, herausgelesen.

Auswertung:

Die Auswertung erfolgte ebenfalls nach der EG-Richtlinie 70/220/EWG. Aus den vierMeßzeiten wurde das arithmetische Mittel gebildet. Anschließend wurde mit derfolgenden Formel der Fahrwiderstand bei 80 km/h bestimmt:

P Fahr = M v

Çv
500T

P 1 Fahrwiderstandsleistung¦KW §M 1 Bezugsmasse¦kg§
v 1 Prüfgeschwindigkeit ¦m / s §Ç v 1 Abweichung der Geschwindigkeit von der Prüfgeschwindigkeit ¦m / s §500 1 Umrechnugsfaktor
T 1 mittlereVerzögerungszeit ¦ s §(5.5)

Zur Abgas-Emissionsmessung wurde ein Rollenprüfstand verwendet, der eine feste
Schwungmasse von m=1463 kg hatte [17]. Die verwendeten Fahrzeuge hatten aberalle eine geringeres Bezugsgewicht. Dieser Fehler wurde versucht, durch eine
Veränderung des Fahrwiderstands, zu kompensieren. Dabei lagen folgende
physikalischen Gesetzmäßigkeiten zugrunde:

P Schw =F v = m a v =¢ m FahrzeugB m Prüfstand £ a• v
P Schw
1 Änderung der Fahrwiderstandsleistung ¦KW §m Fahrzeug 1 Bezugsmasse des Fahrzeugs ¦kg§m Prüfstand 1 vom Prüfstand simulierte Masse ¦kg§
a
• v

Ein

Fahrzyklus

Beschleunigungs-,

1 aus dem Fahrzyklus gemittelte Beschleunigung¦m / s
1 Prüfgeschwindigkeit ¦m / s§bestehtaus

PhasenVerzögerungs-

undkonstanter

2

(5.6)

Geschwindigkeit,

Stillstandsphasen.

Eine

sowie
falscheSchwungmasse hat nur auf die Beschleunigungsphase Einfluß. Ein Ausgleich derfalschen Schwungmasse, durch die Veränderung des Fahrwiderstands, hat auf die

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

47

Beschleunigungsphase und auf die Phase der konstanten Geschwindigkeit Einfluß.
Das heißt,

daß eine direkter Ausgleich

der Schwungmasse, durch eine

Fahrwiderstandsveränderung, nicht ohne das Einbringen eines Fehlers für die
Phase der konstanten Geschwindigkeit möglich ist. Wenn aber neben denBeschleunigungsphasen auch die Phasen der konstanten Geschwindigkeit mit in die
Berechnung der mittleren Beschleunigung einfließt, ist eine Kompensation dieses
Fehlers möglich.
Die mittleren Beschleunigung wurde aus diesem Grund mit der folgenden Formel
berechnet:

a• =

¢

i

i

n =1

n =1

A Œ ¢ a iEÇ t Beschl., i £ÜberlandŒ ¢ a iEÇ t Beschl., i £ StadtE4A

i

i

n =1

n =1

£

¢

i

i

n =1

n =1

£

A Œ Ç t Beschl., i A Œ Ç t konst.Geschw., iŒ Ç t Beschl., i A Œ Ç t konst.Geschw., i StadtE4A
Überland2a
1 mittlere Beschleunigung¦m / s §•2ai
1 Beschleunigung nach dem EG Zyklus während der Phase i ¦m / s §Ç t Beschl., i
1 Zeit der Beschleunigungszeit während der Phase i ¦s§
4
1 Faktor für die viemaligeWiederholung des Stadtzykluses
Ç t konst. Geschw., i 1 Zeitspanne der konst.Geschwindigkeitphasenwährend der Phase i ¦s§(5.7)
Die Berechnung der korrigierten Fahrwiderstände erfolgte nach der folgenden
Formel:P korr = P Fahr A P Schw
P korr 1 korrigierteFahrwiderstandsleistung¦KW §P Fahr 1 Fahrwiderstandsleistung ¦KW §P Schw 1 Korrekturanteil, verursacht durch eine falsche Schwungmasse ¦KW §(5.8)

Die Meßergebnisse sowie die einzelnen Berechnungsschritte befinden sich im
Anhang B.

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen48

Für die einzelnen Fahrzeuge ergaben sich folgende Ergebnisse:•

Lohmann:
5,1 KW (bei den Messungen wurde 5,0 KW als Bremsleistung eingestellt)•

Kraft:
5,3 KW (es wurden bis jetzt keine Abgasmessungen durchgeführt)•Rieger:5,0 KW (geschätzt, da keine Fahrwiderstandsbestimmung durchgeführt)Diese Ergebnisse konnten bei der Abgasuntersuchung auf dem Rollenprüfstandverwendet werden.

5.2.3.1.1.2 Fahrprogramm
Das Fahrprogramm dient zur Simulation des Fahrzykluses nach der EG-Richtlinie
70/220/EWG.

Abbildung 5.8 Fahrzyklus nach der EG-Richtlinie 70/220/EWG Teil I

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen49

Der Fahrzyklus wurde durch ein Programm, das auf einem Standard-PC installiert
war, simuliert. Der Bildschirm war dabei so angebracht, daß der Fahrer ihn gut
einsehen konnte. Das Programm simulierte dabei eine Fahrkurve und ein Cursor,
der die aktuelle Geschwindigkeit darstellte. Die Stellung des Cursors auf dem
Bildschirm

wurde

dabei

ständig

über

eine

Schnittstelle,

die

mit

dem

Geschwindigkeitsgeber an der hinteren Prüfstandsrolle verbunden war, aktualisiert.
Der Fahrer hatte die Aufgabe das Fahrzeug so zu steuern, daß der Cursor sichimmer auf der dargestellten Fahrkurve befand.
Die zur Verfügung stehende Software war in folgenden Bereichen fehlerhaft undmußte daher korrigiert werden:/

Die Fahrkurve war fehlerhaft.
•

Berichtigung der Datenfelder im Programm, die den Fahrzykluses nachder EG-Richtlinie 70/220/EWG darstellten.

•/

Entfernung des FTP-75 Zykluses aus dem Programm.

Der Ablauf der Simulation war nicht zeitsynchron.
•

Programmierung eines Programmteils, der ständig eine Synchronisation
zwischen dem Programmablauf und der Systemuhr durchführt.

/Das Programm war nicht in der Lage, Geschwindigkeiten über 110 km/h
darzustellen.
•

Anpassungder

Spannung,

die

von

der

SchnittstelledesGeschwindigkeitsgebers kam, an den 12-Bit-Code des Analog-DigitalWandlers.
/

Die Darstellung des Geschwindigkeitscursor wich von der realen Geschwindigkeitsmessung um 15% ab.
•

Justierung des Cursors für die Geschwindigkeitsdarstellung.

Zusätzlich wurden noch Hilfestellungen in Form von Anweisungen für den Fahrerund den Person, die die Meßtechnik bediente, eingeflochten.
Der Programm-Code des geänderten Programms befindet sich Anhang C. Das
Programm selbst befindet sich als CVS-FAHR.PAS und als ausführbare Datei mit
dem Namen CVS-FAHR.EXE auf der der Diplomarbeit beigefügten CD. (Bei dieser
Versionistzubeachten,

daß

sich

die

Standard-Grafiktreiber,die

Programmiersprache Pascal gehören in dem Verzeichnis „c:\tp\bgi“ befinden)zur

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen50

5.2.3.1.2 CVS-Anlage
Die CVS-Anlage, die in den USA bei der Firma AMI (Air Monitoring Incorporated)hergestellt wurde, arbeitet nach dem CFV-CVS Verfahren (Verdünnungssystem mit
Venturirohr und kritischer Strömung). Dieses Verfahren entspricht der EG-Richtlinie
70/220/EWG. Diese Anlage dient zur Verdünnung und zur Sammlung eines
geringen Teiles des verdünnten Abgases. Dies hat den Grund, daß bei unverdünnter
Sammlung der Abgase die Möglichkeit der Kondensation des Wassers aus dem
Abgas besteht und sich dieses Wasser mit den Stickoxiden aus dem Abgas zu
Salpetersäure verbindet.

Funktionsprinzip:

Das Abgas, das während des Fahrzykluses entsteht, wird in einem Sammelschlauch
abgesaugt und mit Luft verdünnt. Dieses verdünnte Abgas wird durch ein VenturiRohr gesaugt. In diesem Venturi-Rohr herrscht eine kritische Strömung, die in
Abhängigkeit von Druck und Temperatur des durchströmenden Mediums, sowie derDüsenkonstante des Venturi-Rohrs nur einen konstanten Volumenstrom durchläßt.
Der Flow-Computer berechnet aus den gemessenen Werten Temperatur und Druck
und aus der abgespeicherten Düsenkonstante den Volumenstrom. Aus diesem
Volumenstrom berechnet er durch Integration das durchgeflossene Volumen.
Weiterhin rechnet er das Volumen auf Normalbedingung um und bringt es zur
Anzeige. Aus dem verdünnten Abgas und der Luft, die zur Verdünnung genommen
wurde, werden konstante Volumenströme entnommen und in verschiedenen Beuteln
gesammelt. Diese, über den gesamten Zyklus gesammelten Proben, können
anschließend mit der Abgasanalyse-Einheit auf ihre Abgasbestandteile hinanalysiert werden.
Das Venturirohr der verwendeten Anlage hat einen Luftdurchsatz von ca. 4 m³/min.
Diese Durchsatzrate ist für das Messen von NOx-Emissionen bei Motoren über1000 ccm ungeeignet [17], da für größere Motoren eine zu geringen Verdünnung
vorliegt. Diese zu geringe Verdünnung ist verantwortlich dafür, daß das Wasser im
Abgas kondensiert und sich mit dem NOx zu Salpetersäure verbindet.
Durch eine schnelle Probenanalyse wurde versucht die Bildung von Salpetersäure
und die damit verbundene Reduzierung von NOx im Abgas klein zuhalten. Als

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen51

weitere Fehlerquelle ist bei dieser CVS-Anlage die mangelnde Kalibrierung zu
nennen. Diese wurde das letzte Mal vor der Montage an der Universität der
Bundeswehr 1993 bei BMW durchgeführt. Diese beiden Faktoren und die im
Kap. 5.2.1.1 beschriebene falsche Schwungmasse, sowie die falsche Leistungskurve lassen keine Vergleiche der gemessenen Ergebnisse mit Ergebnissen vonaußenstehenden Messungen zu.

5.2.3.1.3 Abgasanalyse-Einheit
Die Abgasanalyse-Einheit besteht aus fünf 19-Zoll-Schränken der Firma Hartmann
und Braun [18]. In den Schränken sind die Meßgeräte zur Abgasanalyse, die
Steuerung für die Gaszufuhr zu den Meßgeräten, sowie die Steuerung für die CVSAnlage untergebracht. Zusätzlich zu der Technik, die sich in den Schränken
befindet, gehören auch die Kalibriergase, die sich in einem Extraraum befinden, zur
Abgasanalyse-Einheit.

Meßgeräte zur Abgasanalyse:•

Flamenionisationsdetektor (FID) zur Messung der Kohlenwasserstoffe [18]Der FID vom Typ RS55 wurde von der Firma Ratfisch Instrumente hergestellt undbesitzt vier Meßbereiche, die eine Spanne von 0-10000 ppm Kohlenwasserstoff
abdecken. Als Kalibriergas wurde ein Propan-Stickstoff-Gemisch verwendet.

Die Funktionsweise eines FID:
An einer Flamme aus reinem Wasserstoff und synthetischer Luft wird ein
elektrisches Feld angelegt. Dadurch entsteht ein meßbarer Ionenstrom im
Detektorelement. Dieses Detektorelement besteht aus einer Elektrode, an dereine Spannung anliegt. Werden der Wasserstoffflamme jetzt Kohlenwasserstoffe
zugesetzt, so steigt der Ionenstrom an. Dies geschieht proportional zu der Zahl
der pro Zeiteinheit zugeführten Kohlenwasserstoffmoleküle. Die sehr geringen
Ionenströme, die zwischen ca. 10-14 und 10-8 A liegen, werden elektronischverstärkt und zur Anzeige gebracht. Dieses Verfahren läuft in einem Ofen bei ca.
180°C ab um eine Kondensation von Wasser zu vermeiden.

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen•

52

Chemilumineszenzanalysator zur Messung der Stickoxide [18]

Der Chemilumineszenzanalysator vom Typ Modell 44 wurde von Thermo Electron
Corporation hergestellt und kann mit seinen 12 Meßbereichen eine Spanne von0-10000 ppm Stickoxid abdecken. Dabei wurde ein Stickstoffmonoxid-StickstoffGemisch als Kalibriergas verwendet.

Die Funktionsweise des Chemilumineszenzanalysator:
Das Verfahren beruht auf der Freisetzung von Licht-Emissionen durch einechemische Reaktion. Dabei lautet die chemische Grundreaktion:
NOAO 3 1 NO 2 ' AO 2
NO 2 ' 1 NO 2Ahä
Stickstoffmonoxid wird mit Ozon zur Reaktion gebracht. Hierbei entsteht
Sauerstoff und ein angeregtes Molekül Stickstoffdioxid. Dieses geht aus dem
angeregten Zustand unter Abgabe von Licht in Stickstoffdioxid über. Die
freigesetzte Lichtmenge wurde mittels einer Photozelle gemessen und über einen
Verstärker zur Anzeige gebracht. Damit alle NOx (nicht nur NO) gemessen werden
konnten, mußten diese zuerst in einem integrierten Konverter in NO umgewandelt
werden. Das benötigte Ozon wurde ebenfalls in einem Konverter aus
synthetischer Luft gewonnen.

•

2 Infrarotgasanalysatoren zur Messung von Kohlenmonoxid und –dioxid [18]Die Infrarotgasanalysatoren vom Typ AIA - 300 wurden von Horiba hergestellt undsie können über vier Meßbereiche 0-4000 ppm CO und 0-16 Vol% CO2 messen
und darstellen. Als Kalibriergas wurde ein Kohlenmonoxid-Stickstoff-Gemischsowie ein Kohlendioxid-Stickstoff-Gemisch verwendet.
Die Funktionsweise der Infrarotgasanalysatoren:
Das Meßprinzip beruht auf der Eigenschaft der Gase, Infrarotstrahlen zu
absorbieren. Die von zwei Infrarotstrahlern ausgesandte Strahlung wird durch ein
Blendenrad kontinuierlich unterbrochen. Dadurch entstehen Strahlungsimpulse,
welche durch verschiedene Kammern in den Empfänger gelangen. Die
Abgasprobeströmt durch

eine

Analysenkammer

undabsorbiert

hierbeiVersuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

53

Infrarotstrahlen. Die Vergleichskammer ist mit neutralem Gas (hier Argon) gefüllt,das keine Infrarotstrahlen absorbiert. Der Empfänger ist mit einem Meßgas gefüllt
und besteht aus zwei durch eine gespannte Membran getrennten Kammern, vor
denen Absorbtionsfilter angebracht sind. Das Meßgas absorbiert die Strahlung
und erwärmt sich dadurch. Weil in der Analysenkammer bereits ein Teil derStrahlung von der Sampleprobe absorbiert wurde, wird das Meßgas in derzweiten Kammer wärmer als in der ersten. Der Temperaturunterschied bewirkteine Druckdifferenz und die Membran wird durchgebogen. Dies geschieht im
Rhythmus der Drehzahl des Blendrades. Die Membranschwingung erzeugt eine
Wechselspannung, die gleichgerichtet, verstärkt und dann angezeigt wird. Der
UnterschiedzwischenderAusführung

CO

und

CO2

bestehtinderunterschiedlichen Auslegung des Absorbtionsfilters, das auf das zu messende
Gas ausgelegt ist.

Kalibrier- und Arbeitsgase [22]:•Synthetische Luft 20% O2 Rest N2

Brenn- und Nullgas•

Wasserstoff

100% H2

Brenngas•

Kohlenmonoxid

500 ppm CO in N2

Endgas•

Kohlendioxid

2% CO2 in N2

Endgas•Stickstoff•

Stickstoffmonoxid 100 ppm NO in N2

Endgas•

PropanEndgas100% N2
200 ppm C3H8 in N2

Nullgas

Diese Gase sind in Druckflaschen in einem separaten Raum untergebracht. ÜberTeflonschläuche sind die Flaschen, die mit Druckminderen verschraubt sind, mit derAbgasanalyse-Einheit verbunden.

5.2.3.2 Versuchsdurchführung
In diesem Kapitel wird an einem Beispiel der Ablauf einer Abgas-Emissionsmessung
nach dem EG-Zyklus vorgestellt:
Das Ziel dieser Messung sollte eine Abgasanalyse mit Dieselkraftstoff sein.
Als erstes wurden die Meßgeräte in Betrieb genommen und mit den Eichgasen

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

54

kalibriert. Es folgte die Inbetriebnahme des Rollenprüfstandes. Dazu wurde die
Wasserversorgung für die Leistungsbremse eingeschaltet, sowie die Stromversorgung für Teile des Rollenprüfstandes (Geschwindigkeitsgeber, Kraftmeßdose,
Bremslastverstellung, elektrische Steuerung und Anzeigeinstrumente) sichergestellt.
Als nächstes folgte die Inbetriebnahme der CVS-Anlage. Zu diesem Zweck wurdedas Sauggebläse eingeschaltet, die elektrische Steuerung mit Strom versorgt, dieVolumenströme der Probenentnahme kontrolliert und falls erforderlich neu justiert
und die Auffangbeutel mit Frischluft gespült und anschließend evakuiert. Jetzt
konnte das Fahrzeug auf den Rollenprüfstand gefahren und ausgerichtet werden.
Nach Überprüfung des Reifenluftdrucks wurde am Fahrzeug die externe Tankanlage
angeschlossen. Anschließend konnte der Kraftstoff in den externen Tank gefüllt undauf die richtige Temperatur gebracht werden. In diesem Beispiel handelte es sich um
nichtvorgewärmten Dieselkraftstoff. Jetzt wurde mit dem Fahrzeug die Bremslast bei
80 km/h eingestellt. Eine detaillierte Beschreibung der einzustellenden Bremslast
befindet sich in Kap. 5.2.3.1.1.1. Dazu wurde das Fahrzeug auf der Rolle auf
80 km/h beschleunigt, um dann mit der Schöpfradverstellung und der Volumenstromeinstellung der Leistungsbremse die Bremsleistung von 5,0 KW einzustellen. Diese
Fahrt diente auch dazu, das Einspritzsystem vollständig mit dem Prüfkraftstoff zu
spülen und das Fahrzeug auf Betriebstemperatur zu bringen. Der PC, mit derFahrzyklus-Simulation, wurde hochgefahren und für den Fahrer gut sichtbar in
Position gebracht. Weiterhin folgte das Plazieren und Einschalten des Ventilators
vor dem Kühler. Nachdem alles aufgebaut und justiert war und das Fahrzeug auf
Betriebstemperatur war, konnte mit der Messung begonnen werden.
Das Starten der Messung mit einem betriebswarmen Motor entspricht nicht der EGRichtlinie 70/220/EWG. Diese schreibt sogar einen kalten Motor vor. Es wurde
davon aus folgendem Grund abgewichen:
Das Motorkonzept sieht einen Kaltstart mit Dieselkraftstoff oder RME vor. Erst nachdem Erreichen der Betriebstemperatur des Motors und des Pflanzenkraftstoffes wird
auf den Alternativkraftstoff umgeschaltet. Die Durchführung der Messung mit diesem
Verfahren hätte die Ergebnisse für die Pflanzenkraftstoffe verfälscht. Aus diesem
Grund wurde, wegen der Vergleichbarkeit bei allen Kraftstoffen, auf einen Kaltstartverzichtet und statt dessen ein kontrollierter Warmstart (Kühlwassertemperatur =Kühlwasserthermostat-Öffnungstemperatur) durchgeführt.
Zum Versuchsbeginn erfolgte zeitgleich der Start des betriebswarmen Motors unddes Fahrzyklus-Programmes. Nach dem Ablauf von 40 s wurde die Proben-

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen55

entnahme aus dem verdünnten Abgas und aus der Verdünnungsluft gestartet.
Während der Fahrzyklus gefahren wurde, erfolgte eine Überprüfung der Befüllung
der Probenbeutel, sowie die Erfassung der atmosphärischen Daten. Am Ende desFahrzykluses wurde die Probenentnahme gestoppt. Das auf Normalbedingung
reduzierte Volumen des verdünnten Abgases konnte anschließend am FlowComputer abgelesen und protokolliert werden. Weiterhin wurden die Proben in den
Beuteln durch die Meßgeräte analysiert und auf das Meßprotokoll übertragen. Zum
Abschluß konnte nach einer weiteren Überprüfung der Kalibrierung der Meßgeräte
der Versuchsaufbau entweder wieder abgebaut oder erneut verwendet werden. Die
Auswertung dieses Versuchs ist im nächsten Kapitel beschrieben. Das Meßprotokoll
für dieses Beispiel ist auf der folgenden Seite abgebildet:

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

56

Abbildung 5.9 Beispiel einen Meßprotokolls zur Abgasanalyse nach dem EG-Zyklus

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen57

5.2.3.3 Auswertung
Die Auswertung der Meßergebnisse erfolgt nach der EG-Richtlinie 70/220/EWG. Fürdiese Auswertung wurde ein Programm in der Programmiersprache BASIC in einer
früheren Diplomarbeit [18] entwickelt. Dieses Programm wertete Abgasmeßdaten fürFahrzeuge mit Fremdzündungsmotoren nach dem FTP-75 Zyklus aus. Um auchMeßdaten für Fahrzeuge mit Kompressionszündungsmotoren nach dem EG-Zyklus
auswerten zu können, mußten folgende Veränderungen vorgenommen werden:•

Reduzierung des Programmteils, der zur Eingabe von 3 Phasen des FTP-75
Zykluses auf 1 Phase des EG-Zykluses verantwortlich war.

•

Programmierung der für den EG-Zyklus vorgeschriebenen Formeln.

•Änderung des Programmteils, der für die Ausgabe der Meßdaten, sowie der
berechneten Abgas-Emissionen verantwortlich war.

Der Programm-Code des geänderten Programms befindet sich im Anhang D.
Das Programm heißt CVS-AUSW.BAS und ist mit dem Compiler Q-BASIC 4.0
verwendbar. Es befindet sich auf der Diplomarbeit beigefügten CD.
In diesem geänderten Programm wurden folgende Formeln nach der EG-Richtlinie
70/220/EWG integriert:
verwendete Formelzeichen:
CCH.......CH Konzentration im verdünnten Abgas [ppm]
CCO......CO Konzentration im verdünnten Abgas [ppm]
CCO2.....CO2 Konzentration im verdünntem Abgas [Vol%]
Cd........gemessene Konzentration des Schadstoffes i in der Verdünnungsluft [ppm]Ce........gemessene Konzentration des Schadstoffes i im verdünnten Abgas [ppm]Ci.........korrigierte Konzentration des Schadstoffes i im verdünnten Abgas [ppm]d..........Länge der Fahrstrecke [km]D..........Dichte des Dieselkraftstoffes (Mittelwert nach EN 590: D=0,84 kg/L)
DF.......Verdünnungsfaktor [-]FC.......Dieselkraftstoff äquivalenter Verbrauch [L/100km]
H..........absolute Feuchte [g Wasser / kg trockene Luft]

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen58

kH.........Feuchtigkeitskorrektur für NOx (für alle anderen Schadstoffe ist kH =1) [-]Mi.........emittierte Schadstoffmenge i (CO, CO2, NOx und HC) [g/km]
PB.......Luftdruck im Prüfraum [kPa]
Pd........Sättigungsdampfdruck bei Umgebungstemperatur [kPa]
Qi.........Dichte des Schadstoffes bei Normalbedingung [g/L]
Ra........relative Feuchte der Umgebungsluft [%]V..........Volumen der verdünnten Abgase [ft3/Prüfung]
Vmix.......auf Normalbedingung korrigiertes Volumen der verdünnten Abgase [L]•Allgemeine Bestimmung:

B6

V EQ Ek EC E10
M i = mix i H id•Volumenbestimmung:V mix =VE
E28,3169•(5.9)

Berechnungderkorrigierten

l
ft

3

(5.10)

KonzentrationvonAuffangbeutel:¢

C i =C e BC d 1B
B

1
DF

£

(5.11)

13,4
DF =
B4
C CO2 A¢ C CH AC CO £E10•

(5.12)

Berechnung des Feuchtigkeitskorrektur für NO:

1
k H=
1B
B0,0329E
E¢ H B10,71££(5.13)

Schadstoffen

imVersuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

H=

•

59

6,211EER aEP d
B2

P n B P dER aE10

(5.14)Die Berechnung des Dieselkraftstoff äquivalenten Verbrauchs erfolgte nachder EG-Richtlinie 80/1268/EWG:

FC =

Die

0,1155E¦ ¢ 0,866E
EHC £ A¢ 0,429E
ECO £ A¢ 0,273E
ECO 2 £ §D

Abgasmessungenwurdenim

Bereichder(5.15)

Kraftstoffanalyse

zweimaldurchgeführt. Nach der Auswertung wurden die zwei Ergebnisse arithmetischgemittelt. Bei der Temperaturanalyse wurden die Abgasmessungen nur einmal
durchgeführt, so daß die Bildung des Mittelwerts entfallen konnte.
Der aus den Abgasen berechnete Dieselkraftstoff-Verbrauch wurde zweimal, durch
eine

reale

Verbrauchsmessung

währendderAbgas-Emissionsbestimmung,überprüft. Bei diesen Messungen wurde mit einer Waage, mit einer Genauigkeit von
1/10 g, der Dieselkraftstoff-Verbrauch gemessen. Anschließend wurde dieser in
L/100km umgerechnet. Die dabei verwendete Dichte von 0,84 kg/L entspricht der
Dichte, die auch in dem Auswertungs-Programm verwendet wurde.

realerrealeraus den Abgasen

Kraftstoffverbrauch

Kraftstoffverbrauch

berechneter[g][L/100km]

Verbrauch[L/100km]

Messung 1

621,7

6,7

7,73

Messung 2

621,8

6,7

7,57

Daraus resultiert eine mittlere Abweichung von 14%.
Die folgenden Seiten zeigen ein Beispiel für die Ausgabe des Auswerteprotokolls
des unter Kap. 5.2.3.2 beschriebenen Beispiel-Meßprotokolls mit dem geänderten
BASIC-Programm:

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen

60

Abbildung 5.10 erste Seite des Auswerteprotokolls zur Abgas-Emissionsmessung

Versuchsfahrzeuge und Fahrzeugmessungen61

Abbildung 5.11 zweite Seite des Auswerteprotokolls zur Abgas-EmissionsmessungAnalyse der Meßergebnisse

62

6 Analyse der Meßergebnisse
Im ersten Teil dieses Kapitels wurden die Messungen, die sich mit den verschieden
Pflanzenkraftstoffen als Dieselkraftstoffersatz befaßt haben, analysiert. Der zweite
Teil analysiert die Messungen, die für die Untersuchung des Kraftstofftemperatureinflusses durchgeführt wurden. Der letzte Teil ist eine Gegenüberstellung derLangzeituntersuchungen, welche an verschiedenen Terminen stattfanden.

6.1 Vergleich der Kraftstoffe
Dieses Kapitel dient dem Vergleich der Meßergebnisse der Pflanzenkraftstoffe
untereinander und Dieselkraftstoff als Referenz.

6.1.1 Leistung und Wirkungsgrad
32,5
30
27,5
25

Leistung in KW

22,5
Soja-Öl
Sesam-Öl
Mc
Donalds-Fett
Imbißbuden-Fett
Diesel

20
17,5
15
12,5
10
7,5
5
2,5
0
0

50

65

80

95 110 125 140

Geschwindigkeit in km/h

Abbildung 6.1 Leistungs-Kraftstoff-Vergleich
Bei den Rollenprüfstand-Untersuchungen wurden die fünf verschiedenen Kraftstoffe
und deren Einfluß auf die maximale Leistung untersucht. Grundsätzlich ließ sichfeststellen, daß mit den pflanzlichen Ölen eine bis zu 10% höhere Leistung, als mit
Dieselkraftstoff, erzielt werden konnte. Dabei lagen die Leistungen mit den

Analyse der Meßergebnisse

63

Pflanzenölen über denen der Pflanzenfetten.
Die Leistung eines Motors ist von zwei Faktoren abhängig. Erstens von der durch
den Kraftstoff eingebrachten Leistung und zweitens der Fähigkeit des Motors dieseindizierte Leistung umzusetzen. Die eingebrachte Leistung ist ein Produkt desHeizwertes, der Dichte und des Volumenstromes. Die pflanzlichen Kraftstoffe habeneinen geringeren Heizwert als der Dieselkraftstoff. Dieser geringere Heizwert wird
teilweise durch die höhere Dichte kompensiert. Aber selbst der volumetrische
Heizwert ist immer noch geringer, als der des Dieselkraftstoffes. Eine Erklärung für
die höhere Leistung kann in den geringeren Leckverlusten der Einspritzpumpe beim
Betrieb mit Pflanzenkraftstoff liegen. Diese geringeren Leckverluste beruhen auf derwesentlich höheren kinematischen Viskosität der pflanzlichen Kraftstoffe. Die
geringeren

Leckverluste

wurden

auch

durch

den

höherengemessenen

Kraftstoffdurchfluß der Pflanzenöle bestätigt. Dieser erhöhte Kraftstoffdurchflußergab insgesamt eine höhere Einspritzmenge pro Arbeitsspiel und damit eine höhere
indizierte Leistung als beim Dieselkraftstoff. Der Unterschied zwischen den Ölen undFetten beruht auf zwei Faktoren. Grundsätzlich haben Fette einen etwas geringeren
volumetrischen Heizwert. Weiterhin besitzen die Fette weniger ungesättigte
Fettsäuren

und

somit

weniger

reaktionsfördernde

Doppelbindungen.

Die

Verbrennung ist aus diesem Grund mit den Fetten etwas schlechter.

Gesamtwirkungsgrad in 1

0,25

0,225

Soja-Öl
Sesam-Öl
Mc Donalds-Fett
Imbißbuden-Fett
Diesel

0,2

0,175

0,15

0,125

0,1
50

65

80

95

110

125

140

Geschwindigkeit in km/h

Abbildung 6.2 Vergleich des Wirkungsgrades der verschiedenen Kraftstoffe
Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen der gemessenen Leistung und derAnalyse der Meßergebnisse

64

indizierten Leistung. Der zur Berechnung der indizierten Leistung benötigte
Volumenstrom wurde während der Leistungsmessung mitbestimmt. Da keine
zuverlässige Möglichkeit zur Heizwert-Bestimmung der Pflanzenkraftstoffe vorlag
und auch die Literaturrecherche nur Heizwerte für Pflanzenöle hervorbrachte, mußte
beim Wirkungsgradvergleich auf die Pflanzenfette verzichtet werden.
Beim Betrieb mit Dieselkraftstoff hatte der Motor im unteren und mittleren
Drehzahlbereich bei Vollast einen um bis zu 2%-Punkte höheren Wirkungsgrad. Im
oberen Drehzahlbereich aber einen um 2%-Punkte niedrigeren Wirkungsgrad.
Die bei diesem Fahrzeug verwendete Einspritzpumpe ist eine mechanische
Verteilerpumpe der Firma Bosch. Diese Pumpe ist innendruckgesteuert [14]. Das
bedeutet, daß der Innendruck der Pumpe den Spritzversteller, und damit auch den
Einspritzbeginn,regelt.

Je

höher

der

Innendruck,desto

früherist

derEinspritzbeginn. Die interne Förderpumpe erzeugt einen drehzahlproportionalen
Druck. Die Höhe des Druckes, bei gleicher Drehzahl, wird durch eine Ausgleichsbohrung gesteuert. Der Innendruck steigt mit der kinematischen Viskosität, bei
bleibendem Bohrungsdurchmesser, an. Die kinematische Viskosität hat somit
Einfluß auf den Einspritzbeginn. Für den Betrieb bedeutet das, daß die höhere
kinematische Viskosität der Pflanzenkraftstoffe einen früheren Einspritzbeginn zu
Folge hat. Dieser frühere Einspritzbeginn verbessert die Verbrennung derPflanzenkraftstoffe, da sie im Gegensatz zu Dieselkraftstoff einen größeren Zündverzug haben. Der größere Zündverzug ist begründet durch die höheren Siedetemperaturen der Pflanzenkraftstoffe, durch die schlechtere Zerstäubung und eine
niedrigere Cetan-Zahl. Die schlechtere Zerstäubung ist Folge der höheren
kinematischen Viskosität. Diese frühere Einspritzung der Pflanzenkraftstoffe kanneine Erklärung für das Wirkungsgradverhalten im oberen Drehzahlbereich sein, wo
der Motor mit Dieselkraftstoff stärker im Wirkungsgrad abfällt, als mit Pflanzenöl.

Analyse der Meßergebnisse

65

6.1.2 Schwärzungszahl
9
8

Schwärzungszahl in 1

7
6
Soja-Öl
Sesam-Öl
Mc Donalds-Fett
Imbißbuden-Fett
Diesel

5
4
3
2
1
0
50

65

80

95

110

125

140

Geschwindigkeit in km/h

Abbildung 6.3 Vergleich der Schwärzungszahlen
der verschiedenen Kraftstoffe
Die Messung der Schwärzungszahl erfolgte parallel zur Leistungsmessung. Die
Schwärzungszahlen der Pflanzenöle und -fette lagen grundsätzlich über denen desDieselkraftstoffes. Dies erklärte sich aus der höheren eingebrachten Kraftstoffmenge, dem daraus resultierenden niedrigeren Luftverhältnis λ und der etwas
schlechteren Verbrennung der Pflanzenöle. Unerklärlich war das Verhalten der
Schwärzungszahlen

derPflanzenkraftstoffe

bei

hohen

Drehzahlen.

Die

Schwärzungszahlen der Pflanzenkraftstoffe fielen alle im oberen Drehzahlbereich
ab. Erwartungsgemäß sollten aber die Schwärzungszahlen, durch den schlechteren
Wirkungsgrad im oberen Drehzahlbereich und damit der schlechteren Verbrennung,ansteigen. Der Regler der Einspritzpumpe wirkte den geringeren Leckverlusten unddamit der erhöhten Kraftstoffzufuhr bei höheren Drehzahlen entgegen, was für das
Verhalten der Pflanzenöle, die Verringerung der Schwärzungszahl, als Erklärung
dienen könnte.
Eine weitere Erklärung könnte das frühzeitige Eingreifen des Enddrehzahlreglers
sein. Beim Dieselkraftstoff erhöhte sich aber die Schwärzungszahl im max.
Drehzahlbereich. Die bei den Pflanzenölen angebrachten Erklärungen wurden mit

Analyse der Meßergebnisse

66

dem Dieselkraftstoff widerlegt und sind als Begründung nicht mehr aussagekräftig.
Es ist hier zu untersuchen, ob ein Zusammenhang zwischen der Kraftstoffart unddem mechanischen Regler der Einspritzpumpe oder dem Enddrehzahlregler besteht.
Die Erhöhung der Schwärzungszahl von Dieselkraftstoff könnte darin begründet
sein, daß für die vollständige Verbrennung im oberen Drehzahlbereich weniger Zeit
zur

Verfügung stand.

Diese Annahme wurde auch durch

den niedrigen

Wirkungsgrad des Motors beim Betrieb mit Dieselkraftstoff im oberen Drehzahlbereich bestätigt. Gegen diese Annahme spricht jedoch, daß die Pflanzenöle zur
vollständigen Verbrennung, aufgrund ihrer schlechteren Gemischaufbereitung(höhere Siedetemperaturen, schlechtere Zerstäubung und niedrigere Cetanzahl)
mehr Zeit benötigten als Dieselkraftstoff. Deshalb wäre eine höhere Schwärzungszahl, als beim Dieselkraftstoff, zu erwarten. Die sich für den oberen Drehzahlbereich
wiederholenden Meßergebnisse konnten deshalb nur ansatzweise erklärt werden.
Die größere kinematische Viskosität der Pflanzenkraftstoffe erhöht den Innendruck
und bewirkt, über den Spritzversteller, einen früheren Einspritzbeginn. In wieweit daseinen Einfluß auf die Schwärzungszahl-Abnahme im oberen Drehzahlbereich hat, istin weitergehenden Untersuchungen zu überprüfen.

6.1.3 Abgas-Emissionen und Kraftstoffverbrauch
Abgas-Emissionen sind, neben dem Wirkungsgrad und der Leistung, weitere
wichtige Kriterien für den Betrieb eines Dieselmotors. Die verschiedenen AbgasEmissionen der verschiedenen Pflanzenöle wurden in den folgenden Unterpunkten
untereinander und mit Dieselkraftstoff verglichen.

Analyse der Meßergebnisse

Kohlenwasserstoff-Emissionen

HC-Emissionen in g/km

•

67

0,14
0,13
0,12
0,11
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
DieselImbißbude
McDonald

Soja
Sesam

Abbildung 6.4 Einfluß der Kraftstoffart auf die
Kohlenwasserstoff-Emissionen
Die HC-Emissionen der Pflanzenöle und -fette sind mit bis zu 55% deutlich
niedriger, als die des Dieselkraftstoffes. Beim Vergleich der Pflanzenkraftstoffe
untereinander wurde festgestellt, daß die Fette höhere Emissionen aufweisen als dieÖle. Die erhöhten HC-Emissionen dieser Fette, sind durch die niedrigere Anzahl an
reaktionsfördernde Doppelbindungen bei den Fettsäuren im Vergleich mit den Ölen,sowie durch eine höhere Siedetemperatur der Fette begründet.

•

Stickoxid-Emissionen

0,6
0,55
0,5

NOx in g/km

0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
DieselImbißbude
McDonald

Soja
Sesam

Abbildung 6.5 Einfluß der Kraftstoffart auf
die Stickoxid-Emissionen
Stickoxide entstehen bei hohen Verbrennungstemperaturen mit Luftüberschuß,sowie einer bestimmten Verweildauer bei diesen Temperaturen. Das heißt, je höher

Analyse der Meßergebnisse68

die NOx-Emissionszunahme, desto höher waren unter anderem die örtlichen
Verbrennungstemperaturen und desto besser war die örtliche Verbrennung im
Brennraum. Grundsätzlich sind hohe Stickoxid-Emissionen ein Indiz für einen guten
Wirkungsgrad.
Die Pflanzenfette hatten, bei den Messungen, bis zu 9% weniger Stickoxide emittiert
als Dieselkraftstoff, was durch die schlechtere Reaktionsfähigkeit aufgrund vonweniger vorhandenen Doppelbindungen des Kraftstoffes im Verbrennungsraum
begründet war. Die Pflanzenöle hatten bis 32% höhere Emissionen als
Dieselkraftstoff, was auf örtlich höhere Verbrennungstemperaturen, eine bessereörtliche Verbrennung, sowie mehr vorhandene Doppelbindungen der Öle hinweist.

•

Kohlenmonoxid-Emissionen

3
2,75
2,5
2,25

CO in g/km

2
1,75
1,5
1,25
1
0,75
0,5
0,25
0
DieselImbißbude
McDonald

Soja
Sesam

Abbildung 6.6 Einfluß der Kraftstoffart auf die
Kohlenmonoxid-Emissionen
Die Kohlenmonoxid-Emission ist, zusammen mit den Partikel- oder Ruß-Emissionen,ein Indiz für die Unvollständigkeit der Verbrennung. Dies kann grundsätzlich zwei
Gründe haben.
Erstens, die Kohlenstoffatome hatten während des Verbrennungsablaufs nicht
genügend Zeit, um vollständig zu CO2 zu verbrennen. Dieses weist auf eine zu lange
Aufbereitungszeit hin.
Zweitens,

konnte

durch

eine

nicht

genügende

Vermischungeinörtlicher

Sauerstoffmangel entstehen, so daß das Kohlenstoffatom nicht vollständig zu CO2verbrennen konnte. Das bedeutet für den Diesel-Pflanzenkraftstoff-Vergleich, daßdie Pflanzenkraftstoffe durch die höhere kinematische Viskosität und die höheren
Siedetemperaturen sich nicht so schnell zu einer brennfähigen Mixtur mit der LuftAnalyse der Meßergebnisse

69

vermischt hatten. Es lag der Kraftstoff also erst später aufbereitet vor und war auchteilweisenurörtlichkonzentriert

vorhanden.

Diese

Eigenschaften

desPflanzenölkraftstoffes bei der Gemischaufbereitung führten zwangsläufig zu höheren
CO-Emissionen. Diese lagen bei den Ölen bis zu 112% über denen desDieselkraftstoffes und bei den Fetten bis zu 199%. Werden die Pflanzenkraftstoffe
nur für sich betrachtet, so wird festgestellt, daß die CO-Emissionen sich genau
umgekehrt wie die NOx-Emissionen verhalten. Das bestätigt die Theorie, daß mit derNOx-Erhöhung auch die Verbrennung besser wird.
Die CO-Emissionen sind der große Nachteil dieses Motor-Pflanzenöl-Konzepts. Die
Verminderung dieser Emissionen kann nur durch eine bessere Vermischung desKraftstoffes und eine schnellere Aufbereitung erzielt werden. Dies kann im kleinen
Bereich durch die Variation des Förderbeginns (Pumpeninnendruck) in Richtung
früher teilweise kompensiert werden. Eine Verminderung des CO-Ausstoßes auf das
Maß des Dieselkraftstoffes würde jedoch einen Eingriff in die Brennraumgestaltung,sowie in das Einspritzsystem erfordern. Diese schwerwiegenden Eingriffe, die auchdas Erlöschen der Allgemeinen Betriebserlaubnis zu Folge hätten, widersprechenaber den Grundsätzen dieses Motor-Pflanzenöl-Konzepts. Also werden auch in der
Zukunftdie

CO-Emissionen

ein

Problem bleiben,

wenn

nicht

durch

die

Weiterentwicklung der “Originalmotoren“ Verbesserungen erzielt werden.

•

Dieselkraftstoff äquivalenter Verbrauch

987

b in l/100km

6
5
4
3
2
1
0
DieselImbißbude
McDonald

Soja
Sesam

Abbildung 6.7 Einfluß der Kraftstoffart auf den
Dieselkraftstoff äquivalenten Verbrauch
Der Kraftstoffverbrauch berechnete sich aus den Abgas-Emissionen HC, CO, und,

Analyse der Meßergebnisse70

als Hauptbestandteil, aus CO2, die während des EG-Zykluses gemessen wurden.
Die Pflanzenkraftstoffe hatten einen bis zu 10% höheren Kraftstoffverbrauch. Der
Hauptgrund liegt aber in den Pflanzenkraftstoffen selbst. Diese haben in einem
Anteil von ca. 11% [4] Sauerstoff gebunden. Der gebundene Sauerstoff spiegelt sichauch in den Heizwerten wieder. Der Heizwert ist um ca. 15-17% [4] [7] geringer als
der des Dieselkraftstoffes. Der volumetrische Heizwert der Pflanzenkraftstoffe ist
noch um ca. 7% unter dem des Dieselkraftstoffes.
Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnisse ist der höhere Verbrauch der
Pflanzenkraftstoffe relativiert.

6.2 Einfluß der Kraftstofftemperatur auf die dieselmotorische
Verbrennung
Die Verminderung der kinematischen Viskosität ist bei der Verwendung vonPflanzenöl als Dieselkraftstoffersatz ein Ziel. Erreicht wurde dieses bisher durch die
Umesterung der Pflanzenöle. Diese Umesterung der Pflanzenöle erforderte weitere
Prozeßenergie, die die CO2-Bilanz der Pflanzenöle senkte. Eine Alternative war bis
jetzt ein Eingriff in die Einspritzung und die Brennraumgestaltung oder eineBeschränkung auf großvolumige Vorkammermotoren. Eine Möglichkeit zur Senkung
der Viskosität ist die Erhöhung der Kraftstofftemperatur. Diese Erhöhung der
Kraftstofftemperatur ist für das Verflüssigen der Pflanzenfette, sowie auch für die Öle
im Winter, von vornherein nötig. Bei den untersuchten Pflanzenkraftstoffen lag die
kinematische Viskosität erst bei 110°C im Bereich von Dieselkraftstoff bei 20°C. Fürdie Untersuchung des Temperatureinflusses wurde der Kraftstoff ausgewählt, derbeim Kraftstoffvergleich die besten Ergebnisse erzielt hatte (Soja-Öl).

6.2.1 Einfluß der Kraftstofftemperatur auf den Wirkungsgrad
Um den Temperatureinfluß auf das Leistungs- und Wirkungsgradverhalten zuüberprüfen, wurden Meßreihen bei 50°C-100°C Brennstofftemperatur gefahren.
Diese wurden bei den Laststellungen 50%, 67%, 84% und 100% durchgeführt. Die
Ergebnisdiagramme liegen im Anhang E bei. In den Teillastbereichen 50%, 67% und
84% waren große Schwankungen in den gemessenen Daten festzustellen. Diese
Meßfehler nahmen mit der Höhe der Laststellung ab. Die Erklärung für dieseAnalyse der Meßergebnisse

71

Abweichung ist die lange Durchlaufzeit des Volumenstrommessers. Für den
Zeitraum von bis zu einer Minute mußte die Leistung und die Drehzahl konstantgehalten werden. Dies gelang nur innerhalb eines Fensters. Je höher die
Laststellung wurde, desto geringer wurde der Schwankungsbereich im Zusammenhang mit der geringeren Durchlaufzeit.
Die Meßergebnisse lassen sich in zwei Bereiche unterteilen, Teillast und Vollast.
Die im Teillastbereich erzielten Ergebnisse von 50%, 67% und 84% unterschieden
sich nur im Schwankungsbereich. Hierbei zeichnete sich ein optimaler Bereichzwischen 60°C und 70°C ab, wo die Wirkungsgrade des Motors am Besten waren.
Daß die besten Wirkungsgrade sich nicht bei den höchsten Temperaturen
eingestellt hatten, kann wie folgt begründet werden.
Durch die Erhöhung der Kraftstofftemperatur sinkt die kinematische Viskosität, wasfür die schnellere Verdampfung, sowie für eine bessere Zerstäubung gut ist. Dieseniedrige Viskosität hat aber bei diesem Fahrzeug zur Folge, daß der Kraftstoff
schneller durch die Ausgleichsbohrung strömen kann und somit der Pumpeninnendruck fällt. Dieser niedrigere Druck bewirkt über den druckgesteuerten
Spritzversteller, daß der Einspritzbeginn sich in Richtung später verstellt. Die
Vorteile, die der heißere Kraftstoff, bezogen auf den kürzeren Zündverzug hat,können sich durch den späteren Einspritzbeginn aufheben und sogar in Nachteile
umgewandelt werden. Dieses

erklärt, daß der

optimale Betriebspunkt

imTeillastbereich nicht wie erwartet bei der höchsten Temperatur liegt, sondern
zwischen 60°C und 70°C.
Im Vollastbereich ergab sich, daß mit zunehmender Temperatur auch der
Wirkungsgrad anstieg. Diese Abweichung zum Teillastbereich erklärte sichfolgendermaßen:
Der Motor ist im Vollastbereich für Dieselkraftstoff, für ein Luftverhältnis λ vonungefähr von 1,2 ausgelegt. Durch die Verwendung von Pflanzenkraftstoffen undderen höhere kinematische Viskosität und den daraus resultierenden geringeren
Leckverlusten, erhöhte sich die Kraftstoffzufuhr. Diese erhöhte Kraftstoffzufuhr hatte
zur Folge, daß das Luftverhältnis λ sank und der Motor nicht mehr im optimalen
Bereicharbeitete. Durch

dieErhöhung der

Kraftstofftemperatur

sank diekinematische Viskosität und die Leckverluste stiegen. Weiterhin sank mit derErhöhung der Kraftstofftemperatur die Dichte des Kraftstoffes, was eine geringere

Analyse der Meßergebnisse

72

Energiedichte des eingebrachten Kraftstoffes zur Folge hatte. Diese geringere
Energiedichte erhöhte wiederum das Luftverhältnis λ so, daß sich der Motor wieder
seinem Auslegungspunkt von λ=1,2 näherte. Zusammen mit diesem beschriebenen
Vorteil für heiße Kraftstoffe und denen beim Teillastbetrieb beschriebenen Vor- undNachteilen ergab sich für den Vollastbetrieb eine Verschiebung des optimalen
Betriebspunktes in die höchsten untersuchten Temperaturen.

6.2.2 Schwärzungszahl
Bei der Schwärzungszahl waren die Meßergebnisse ähnlich wie beim Wirkungsgrad.
Auch hier ließen sich die Ergebnisse in die zwei Bereiche Teil- und Vollast einteilen.
Im Teillastbereich zeichnete sich, wie bei der Wirkungsgradbestimmung, ein
optimaler Temperaturbereich von 60°C - 70°C ab. Auch im Vollastbereich widersprachen sich die Ergebnisse von Wirkungsgrad und Schwärzungszahl nicht. Die
besten Ergebnisse wurden auch hier bei der höchsten Temperatur von 100°C erzielt.
Wiederum wurde auch hier beobachtet, daß die Schwärzungszahlen bei den
Messungen mit Pflanzenöl zum Drehzahlbereichsende abnahm. (vgl. 6.1.2)

6.2.3 Abgas-Emissionen und Kraftstoffverbrauch

Kohlenwasserstoff-Emissionen

0,14
0,13
0,12

HC in g/km

•

0,11
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
DieselSoja bei
50°C

Soja bei
60°C

Soja bei
70°C

Soja bei
80°C

Soja bei
90°C

Soja bei
100°C

Abbildung 6.8 Temperatureinfluß auf die Kohlenwasserstoff-Emissionen

Analyse der Meßergebnisse73

Bei der Emission der unverbrannten Kohlenwasserstoffe zeichneten sich zwei
optimale Temperaturbereiche heraus. Der erste optimale Bereich lag bei 60°C und
der zweite bei 100°C.
Hier konnten, durch die richtige Einstellung der Temperatur, Verbesserungen von
6% (bezogen auf den schlechtes HC-Emissionswert bei 90°C) erreicht werden.

•

Stickoxid-Emissionen

0,6
0,55

NOx in g/km

0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
DieselSoja bei
50°C

Soja bei
60°C

Soja bei
70°C

Soja bei
80°C

Soja bei
90°C

Soja bei
100°C

Abbildung 6.9 Temperatureinfluß auf die Stickoxid-Emissionen
Bei den Stickoxiden gab es einen optimalen Bereich bei 100°C. Dieser liegt, im
Vergleich zum schlechtesten Meßwert bei 60°C, um 13% besser. Wobei
festgehalten

werden

muß,

daß

hohe

Stickoxid-Emissionen

bei

hohen

Verbrennungstemperaturen entstehen und auf eine gute Verbrennung hinweisen. Es
läßt sich daraus schließen, daß die höchsten Verbrennungstemperaturen bei 60°C
erreicht wurden.

Analyse der Meßergebnisse•

74

Kohlenmonoxid-Emissionen
2
1,75

CO in g/km

1,5
1,25
1
0,75
0,5
0,25
0
DieselSoja bei 50°C

Soja bei 60°C

Soja bei 70°C

Soja bei 80°C

Soja bei 90°C

Soja bei 100°C

Abbildung 6.10 Temperatureinfluß auf die Kohlenmonoxid-Emissionen
Die Kohlenmonoxid-Emissionen haben ein Minimum bei 70°C. Dies brachte, imVergleich zum schlechtesten Meßwert bei 50°C, eine Verbesserung von 12%.
Trotzdem ist der Kohlenmonoxid-Ausstoß, im Verhältnis zum Dieselkraftstoff, immer
noch um 63% schlechter.

•

Dieselkraftstoff-äquivalenter-Verbrauch

98

b in l/100km

7
6
5
4
3
2
1
0
DieselSoja bei
50°C

Soja bei
60°C

Soja bei
70°C

Soja bei
80°C

Soja bei
90°C

Soja bei
100°C

Abbildung 6.11 Temperatureinfluß auf den Dieselkraftstoff-äquiv. Verbrauch
Der Kraftstoffverbrauch, der sich aus den Abgas-Emissionen berechnet, hatte ein
Minimum bei 70°C. Wobei die Unterschiede zwischen dem bestem undschlechtesten Meßwert beim Pflanzenöl nur 4% betrugen. Der Unterschied zum
Dieselkraftstoff relativiert sich unter Berücksichtigung des geringeren Heizwertes.

Analyse der Meßergebnisse

75

6.3 Langzeituntersuchungen
Für die Langzeituntersuchungen standen das Rieger- und das Kraft-Fahrzeug zur
Verfügung. Diese Fahrzeuge wurden schon in Kap. 5.1 beschrieben. Die Untersuchungen, die mit den Fahrzeugen durchgeführt wurden, waren unterschiedlich
und werden in den folgenden Kapiteln beschrieben.

6.3.1 Rieger-Fahrzeug
Mit dem Rieger-Fahrzeug wurden folgende Untersuchungen durchgeführt:vom 23.10.98 bis 30.10.98 bei einem Kilometerstand von ca. 13.000 km•

Abgas-Emissionsmessung mit Dieselkraftstoff•

Abgas-Emissionsmessung mit Soja-Öl bei 50°C•

Abgas-Emissionsmessung mit Soja-Öl bei 70°C•

Abgas-Emissionsmessung mit Soja-Öl bei 90°C•

Leistungsmessung mit Dieselkraftstoff•

Leistungsmessung mit Soja-Öl bei 60°C•

Motor-Endoskopie

vom 15.12.98 bis 16.12.98 bei einem Kilometerstand von 18.500 km•

Abgas-Emissionsmessung mit Dieselkraftstoff•

Leistungsmessung mit Dieselkraftstoff•

Motor-Endoskopie

Bei dieser zweiten Meßreihe konnten, aufgrund eines Defekts, keine Messungen mit
dem Alternativkraftstoff durchgeführt werden.
WeiterhinkonnteSchwärzungszahl,bei

beidenaufgrund derdurchgeführt werden.

Meßzeiträumen

keine

Bestimmung

Kondensation des Abgases

derim Meßgerät,Analyse der Meßergebnisse

76

Vergleich der beiden Meßzeiträume:•Allgemein

Die einzige Änderung, die durchgeführt wurde, war die Änderung der Bereifung auf
Winterreifen, womit das Fahrzeug einen etwas höheren Rollwiderstand hatte.
Abgas-Emissionen mit Dieselkraftstoff

NOx-Emissionen in g/km

HC-Emissionen in g/km

0,002
0,00175
0,00150,001250,001
0,00075
0,00050,000250Diesel 10/98

0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0

Diesel 12/98

Diesel 10/98

Diesel 12/98

Abbildung 6.12 Vergleich der HC und NOx-Emissionen
der beiden Meßzeiträume

0,2

9

0,175

8

Dieselkraftstoff äquiv.
Verbrauch in l/1ookm

CO-Emissionen in g/km

•

0,15
0,125
0,1
0,075
0,05
0,025
0

7
6
5
4
3
2
1
0

Diesel 10/98

Diesel 12/98

Diesel 10/98

Diesel 12/98

Abbildung 6.13 Vergleich CO-Emissionen und desDieselkraftstoff äquivalenten Verbrauchs

Analyse der Meßergebnisse77

Bei den HC-Emissionen gab es zwischen der ersten und zweiten Messung keinen
Unterschied. Bei den NOx-Emissionen gab es eine Erhöhung um 15% und bei den
CO-Emissionen um 48%. Der Kraftstoffverbrauch, der sich aus den AbgasEmissionen berechnete, sank um 2%.

•

Leistungsentwicklung mit Dieselkraftstoff

45
40

Leistung in KW

35
30
25

Pred Diesel
10/98
Pred Diesel
12/98

20
15
10
5
0
0

55

65

80

95

110

125

Geschwindigkeit in km/h

Abbildung 6.14 Vergleich der Leistungskurven
Bei der Leistung zeigte sich eine durchschnittlicher Abfall der Kurve von 7%.

•

Endoskopie

Endoskopie vom 29.10.98
Km-Stand:13.416
letzter Kraftstoff:

Endoskopie vom 16.12.98
Km-Stand:18.650-007 km Diesel

letzter Kraftstoff:-11,1 km Diesel

Beobachtungen:
1. Glühkerzen:•

dünne Ablagerungsschicht mit
bräunlicher bis schwarzer Farbe•

keinen besonderen Anzeichen der
Fettverbrennung

1. Glühkerzen:•

keine sichtliche Veränderung zur
letzten EndoskopieAnalyse der Meßergebnisse

78

Endoskopie vom 29.10.98
2. Einspritzdüsen:••dünne Ablagerungsschicht mit

2. Einspritzdüsen:•Im Vergleich zur letzen Endoskopie

bräunlicher Farbe

haben sich um die Einspritzdüsen-keine besondere Anzeichen derlöcher runde schwarze AblagerungenFettverbrennung

gebildet, die sich noch nicht abheben.

3. Kolbenboden:•

Endoskopie vom 16.12.98

dünne Ablagerungsschicht mit

3. Kolbenboden:•

kleineren Ausbrüchen und schwarz-

keine sichtliche Veränderung zur
letzen Endoskopiebrauner Farbe•

keine besonderen Anzeichen der
Fettverbrennung

4. Ventilsitze:•

metallisch blank•keine besonderen Anzeichen der

4. Ventilsitze:•keine sichtliche Veränderung zur
letzen Endoskopie

Fettverbrennung
5. Ventile:•

Einlaßventil•

Einlaßventil•

Oberseite metallisch blank•

Unterseite dünne

schwarze zerklüftete und brüchige

Ablagerungsschicht mit bräunlicher

Verkrustungen

Farbe
•

5. Ventile:

Auslaßventil•

auf beiden Seiten ist eine dünne
Ablagerungsschicht mit bräunlicher
Farbe

•

keine besonderen Anzeichen der
Fettverbrennung

Sonstiges:
Es wurde ein Motorölverlust (Markierungam Ölpeilstab bei min.) festgestellt, waseiner Motorölverdünnung
entgegenspricht.

••

Die Oberseite des Einlaßventils hat

Auslaßventil•

keine sichtliche Veränderung zur
letzen EndoskopieAnalyse der Meßergebnisse

79

Zusammenfassung:Bis auf die HC-Emission und den Kraftstoffverbrauch, zeigte sich in allen Bereichen
eine Verschlechterung der Meßergebnisse. In wieweit das aussagekräftig ist, ist aus
folgenden Gründen fraglich:
Es fehlt der Vergleich mit einem Motor, der mit reinem Dieselkraftstoff betrieben
wurde. Weiterhin läßt sich bei zwei Messungen keine Aussage über den
Schwankungsbereich machen. Daraus folgt, daß für eine vollständige Bewertung derLangzeitversuche die nächsten Meßzeiträume mit einzubeziehen sind.

6.3.2 Kraft-Fahrzeug
Beim Kraft-Fahrzeug wurden folgende Untersuchungen durchgeführt:1.9.98 bei einem Kilometerstand von 72.060 km•

Messung der Leistung mit Soja-Öl•Messung der Schwärzungszahl mit Soja-Öl

Die Messung der Abgas-Emissionen konnte zu diesem Termin wegen dem Fehlen
von Prüfgasen nicht durchgeführt werden.
Dez '98 bei einem Kilometerstand von ca. 80.000 km•

Das Fahrzeug ist mit einem Abriß des Zahnriemens ausgefallen. Dieser Schaden
ist von der Adam Opel AG auf Kulanz übernommen worden, weil er nicht mit dem
Pflanzenölbetrieb in Verbindung gebracht werden konnte. Bei der Demontage desZylinderkopfs konnten keine negativen Anzeichen des Pflanzenölbetriebes
gefunden werden. Das Fahrzeug stand aus diesem Grund, für eine für dieseArbeit abschließende Zwischenuntersuchung, nicht zur Verfügung.

CO2-Bilanz

80

7 CO2-Bilanz
Für das Erstellen einer CO2-Bilanz können verschiedene Ansätze getroffen werden.
An dieser Stelle sollen verschiedene Gedankenansätze ohne Bewertung vorgestellt
werden. Dabei spielen zwei Grundgedanken eine entscheidende Rolle.

7.1 Haben gebrauchte Pflanzenkraftstoffe eine Bereitstellungskette?
Der Ansatz zur Beantwortung dieser Frage ist eine weitere Frage: Was passiert mit
den Altfetten, wenn sie nicht durch Fahrzeuge verbrannt werden?
•

Weiterverarbeitung in der Fettindustrie•Verfütterung an Tiere•

Sonderabfallverbrennung•

Deponierung (Diese ist in absehbarer Zeit jedoch nicht mehr möglich)

Alle diese Nutzungsvarianten [6] haben eines gemeinsam:
Kurz-

oder

langfristig

zerfallenoderverbrennen

diese

Altfetteinihre

Grundbestandteile CO2 und H2O. Dieses kann auch über einen oder mehrere
Zwischenschritte z.B. Faulgase geschehen. Es kann also festgehalten werden, daß,egal ob das Altmaterial im Fahrzeugmotor verbrannt wird oder nicht, es wird daraus
wieder CO2 entstehen. Die Bereitstellungskette dieser Altmaterialien beschränkt sichalso nur auf den Transport und die Aufbereitung. Die Bereitstellungskette von der
Pflanze bis zum ersten Nutzer, z.B. der Lebensmittelindustrie, geht auf das Konto
dieses Nutzers. Die Begründung liegt darin, daß, egal ob es nun Abnehmer für das
Altmaterial geben würde oder nicht, dieses anfällt und damit in den CO2-Kreislauf
zurückkehrt und der erste Nutzer durch seinen Bedarf für die Herstellung der Fette
bzw. Öle verantwortlich ist.
Aus diesem Grundgedanken ergeben sich zwei Ansätze:•Altfette haben, bis auf den Transport und die Aufbereitung, keine
Bereitstellungskette•

Altfette haben, neben dem Transport und der Aufbereitung, zusätzlich nocheine FrischölbereitstellungsketteCO2-Bilanz

81

7.2 Der Einfluß des Startkraftstoffes auf die CO2-Bilanz
Als Startkraftstoff kommen zur Zeit zwei Alternativen zum Einsatz. Da wäre als
erstesDieselkraftstoff

nach

EN590

und

als

zweites

Dieselkraftstoffaus

Fettsäuremethylester (FAME) nach DIN51606. Aus technischer Sicht hat der FAME
Vorteile

inderMischbarkeit

mit den

Pflanzenkraftstoffen.

DiesebessereMischbarkeit ist begründet auf der ähnlichen Dichte von FAME und den
Pflanzenkraftstoffen, wohin gegen sich der Dieselkraftstoff durch seine niedrigere
Dichte immer ein wenig absetzt. Daraus resultiert eine längere Spülzeit vor dem
Abstellen des Motors. Das Verhältnis zwischen Startkraftstoff und Betriebskraftstoff
hängt von den folgenden Faktoren ab:•

Starttemperatur (Sommer oder Winter)•

Kraftstoffart (Fett oder Öl)•

Fahrtstrecke (Langstrecke oder Kurzstrecke)•

Heizleistung des Kühlwasserstromes (Wirkungsgrad des Motors)

Das Verhältnis unterscheidet sich je nach Fahrzeug, Kraftstoff und Einsatzgebiet.
Diese Parameter lassen sich nicht verallgemeinern und sind von Fall zu Fall neu zu
prüfen.

7.3 Grundlagen zur Berechnung der CO2-Bilanz
Für das Erstellen der CO2-Bilanz wurden vier Szenarien ausgewählt. Diese
unterscheiden sich in den angesprochen Problematiken, ob Altmaterialien eine
Bereitstellungskette haben oder nicht und welcher Startkraftstoff verwendet wurde.

Szenario 1:•

Altfette haben, neben dem Transport und der Aufbereitung, zusätzlich noch eine
Frischölbereitstellungskette.

•

Als Startkraftstoff wurde Dieselkraftstoff verwendet.

CO2-Bilanz

82

Szenario 2:•

Altfette haben, neben dem Transport und der Aufbereitung, zusätzlich noch eine
Frischölbereitstellungskette.

•

Als Startkraftstoff wurde FAME verwendet.

Szenario 3:•

Altfette

haben,

bis

auf

den

Transport

und

die

Aufbereitung,

keine

die

Aufbereitung,keine

Bereitstellungskette.
•

Als Startkraftstoff wurde Dieselkraftstoff verwendet.

Szenario 4:•

Altfette

haben,

bis

auf

den

Transport

undBereitstellungskette.
•

Als Startkraftstoff wurde FAME verwendet.

Zur Berechnung der CO2.-Bilanz mußten einige Vereinfachungen und Schätzungenvorgenommen werden:•

Diese Bilanz hat nur für das unter dem Kap. 5.1 beschriebene Lohmann-Fahrzeug
Gültigkeit.

•

Die Messungen der Abgas-Emissionen wurden mit den im Kapitel 5.2.3
beschriebenen Einschränkungen durchgeführt.

•Es wurde zur Berechnung der CO2-Bilanz der schlechteste (216,1 g/km) und
beste (198,8 g/km) Pflanzenkraftstoff bei der CO2-Emission, als Ausgangswert
genommen.

•

Das Verhältnis zwischen Startkraftstoff und Fahrkraftstoff ergibt sich aus den
Daten des Fahrtenbuchs, die im Kap. 5.1 zusammengefaßt wurden.

•

Für die CO2-Minderung der Pflanzenkraftstoffe als Fahrkraftstoff wurden die
Prozentzahlen von Rapsöl eingesetzt (45%-65%). [11]•Die Prozentzahlen für die CO2-Erhöhung durch die Reinigung des Kraftstoffes
wurden geschätzt. (0,1% wenn das Material nur gefiltert werden muß; 3% wenn

CO2-Bilanz

83

das Material auch von Chloriden, Phosphaten sowie von einem zu hohen
Wassergehalt befreit werden muß).
•

Die Prozentzahl für die CO2-Erhöhung durch den Transport der Altmaterialien
zum Endverbraucher wurde der des Dieselkraftstoffes gleichgesetzt (0,6%). [11]•

Für die CO2-Minderung der FAME als Startkraftstoff wurden die Prozentzahlen
von RME eingesetzt (35%-60%). [11]7.4 Berechnungstabelle zur CO2-Bilanzerstellung•

Abkürzungen:CO2, gem: gemessene CO2-Emission nach dem EG-Zyklus[g/km]

bFahr
CO2, Fahr: Anteil des Fahrkraftstoffes am Gesamtverbrauch: CO2-Emissionen verursacht durch den Fahrkraftstoff[g/km]

CO2, Pflanzen: Reduzierung der CO2-Emissionen durch die Verwendung von Pflanzenöl[%]

CO2, Reinigung: Erhöhung der CO2-Emissionen durch die Reinigung des Altmaterials[%]

CO2, Transport: Erhöhung der CO2-Emissionen durch den Transport des Altmaterials[%]

CO2, ges, Fahr, %: Gesamtreduzierung der CO2-Emissionen für den Fahrkraftstoff

[%]

[%]

CO2, ges, Fahr, g/km : reduzierte CO2-Emissionen des Fahrkraftstoffes[g/km]

bStartCO2, Start
CO2, FAME: Anteil des Startkraftstoffs am Gesamtverbrauch: CO2-Emissionen verursacht durch den Startkraftstoff: Reduzierung der CO2-Emissionen durch die Verwendung von FAME[%]
[g/km]

CO2, ges, Start, %: Gesamtreduzierung der CO2-Emissionen für den Startkraftstoff[%]

CO2, ges, Start, g/km : reduzierte CO2-Emissionen des Startkraftstoffes•[g/km]Die Berechnungen wurden mit folgenden Formeln durchgeführt:CO Eb
CO 2, Fahr = 2, gem Fahr
100

(7.1)

CO 2, ges, Fahr, Prozent =CO 2, Pflanzen ACO 2, Reinigung ACO 2,Transport

COE¢ 100A
ACO 2, ges, Fahr, Prozent £CO 2, ges, Fahr, g// km = 2, Fahr
100

CO 2, Start =CO 2, gemEb Start
100

(7.4)

[%]

(7.2)

(7.3)

CO2-Bilanz

84

CO 2, ges, Start, Prozent =CO 2, FAME

(7.5)

CO
E¢ 100A
ACO 2, ges, Start, Prozent £CO 2, ges, Start, g / km = 2, Start
100

CO 2, ges =CO 2, ges, Fahr, g / km ACO 2, ges, Start, g / km•

Szenario 1
Szenario 2
Szenario 3
Szenario 4
198,8-216,1 198,8-216,1 198,8-216,1 198,8-216,1
80,7
80,7
80,7
80,7
160,4-174,4 160,4-174,4 160,4-174,4 160,4-174,4-45-65-45-65
-100
-100
0,1-3
0,1-3
0,1-3
0,1-3
0,6
0,6
0,6
0,6
-41,4-64,3 -41,4-64,3 -96,4-99,3 -96,4-99,3
57,3-102,2 57,3-102,2
1,1-6,3
1,1-6,3

Berechnung des Startkraftstoff-Verbrauchsanteils:

CO2, gem. [g/km]
bStart [%]CO2, Start [g/km]
CO2, FAME [%]CO2, ges, Start, % [%]CO2, ges, Start, g/km [g/km]

•

(7.7)

Berechnung des Fahrkraftstoff- Verbrauchsanteils:

CO2, gem. [g/km]
bFahr [%]
CO2, Fahr [g/km]
CO2, Pflanzen [%]CO2, Reinigung [%]CO2, Transport [%]CO2, ges, Fahr, %[%]
CO2, ges, Fahr, g/km [g/km]

•

(7.6)

Szenario 1
Szenario 2
Szenario 3
Szenario 4
198,8-216,1 198,8-216,1 198,8-216,1 198,8-216,1
19,3
19,3
19,3
19,3
0
38,4-41,7
38,4-41,7
38,4-41,7
0-35-600-35-600-35-600-35-6038,4-41,7
15,4-27,1
38,4-41,7
15,36-27,1

Berechnung der Gesamt CO2-Emission:

CO2, ges, Fahr, g/km [g/km]
CO2, ges, Start, g/km [g/km]
CO2, ges [g/km]

Szenario 1
57,3-102,2
38,4-41,7
95,7-143,9

Szenario 2
57,3-102,2
15,36-27,1
72,7-129,3

Szenario 3
1,1-6,338,4-41,7
39,5-48,0

Szenario 4
1,1-6,315,4-27,1
16,5-33,4

CO2-Bilanz

85

7.5 Ergebnis der CO2-Bilanz
Zur Beurteilung der Ergebnisse gibt es zwei Kriterien. Das „3-Liter-Auto“ mit einem
CO2-Ausstoß von 90 g/km und das „5-Liter-Auto“ mit 120 g/km. [12]Dabei erfüllte das Szenario 1 mit seinem unteren Grenzwert die Kriterien des
5-Liter-Autos. Das Szenario 2 erfüllte mit seinem unteren Grenzwert die Kriterien
des 3-Liter-Autos und die Szenarien 3 und 4 erfüllen mit ihren oberen und unteren
Grenzwerten die Kriterien des 3-Liter-Autos.
Im Kapitel 5.2.3.3 wurde eine Abweichung zwischen dem realen Kraftstoffverbrauch
und dem, der aus den Abgas-Emissionen berechnet wurde, beschrieben. Diese
Abweichung hat ebenfalls Auswirkung auf die CO2-Emission, da diese Emission derHauptbestandteil bei der Verbrauchsberechnung war. Die Anwendung dieser
Abweichung auf die CO2-Bilanz würde diese um 14% absenken.
Die N2O-Emission (Lachgas) der Pflanzen beim Anbau und deren Auswirkung auf
die Atmosphäre, wurde hier nicht berücksichtigt, da die öffentliche Diskussion überdie mögliche Größe der Emission von N2O beim Anbau von Ölpflanzen nicht
abgeschlossen ist. [11] [13]Ausblick und Verbesserungsvorschläge

86

8 Ausblick und Verbesserungsvorschläge
Dieses Kapitel unterteilt sich in zwei Abschnitte. Der erste Abschnitt befaßt sich mit
der Weiterführung der Langzeitversuche und über weitere Forschungsmöglichkeiten
im Bereich der Altfettverwertung und der Pflanzenölverbrennung in Dieselmotoren.
Der zweite Abschnitt befaßt sich mit Verbesserungsvorschlägen beim Prüfstandsaufbau.

Langzeitversuche:

Die Langzeitversuche sollten auch in Zukunft weiter betreut werden. Dazu werden
folgende Intervalle vorgeschlagen:•

Für das Rieger-Fahrzeug (Direkteinspritzmotor) ist ein Intervall von 200L
Alternativkraftstoffverbrauch angemessen. Dieser Intervall kann bei einer
Stabilisierung der Ergebnisse auf 400L und später auf 600L angehoben werden.
Bei den Überprüfungen sind vorrangig die Abgas- und Leistungsmessungen mit
Soja-Öl und Dieselkraftstoff, sowie die Motor-Endoskopie durchzuführen.

•

Für das Kraft-Fahrzeug (Vorkammermotor) ist sofort ein Intervall von 600L
Alternativkraftstoffverbrauch angemessen, da dieses Fahrzeug bereits 40.000 km
im umgebauten Zustand ohne Probleme, die auf den Betrieb mit Pflanzenkraftstoff
zurückzuführen wären, betrieben wurde. Bei diesem Fahrzeug stehen Abgas- undLeistungsmessungen sowie die Bestimmung der Schwärzungszahl mit Soja-Öl im
Vordergrund.

Weiterer Forschungsbedarf:

Weiterführende Forschungsmöglichkeiten ergeben sich aus der Erkenntnis, daß derKraftstoff-Temperatureinfluß nicht zu vernachlässigen ist. Bei dieser Arbeit wurden
nur Motoren mit Einspritzpumpen verwendet, bei denen es einen Einfluß derKraftstofftemperatur auf den Einspritzbeginn gab. Um die Einflüsse des Einspritzbeginns und der Kraftstofftemperatur auf den Wirkungsgrad zu trennen, sollten neue
Versuche mit einem Motor durchgeführt werden bei dem es keinen Zusammenhangzwischen der Kraftstofftemperatur und dem Einspritzbeginn gibt. Dabei sollte nicht
die Leistungsoptimierung sondern die Wirkungsgrad- und Emissionsoptimierung im

Ausblick und Verbesserungsvorschläge

87

Vordergrund stehen.
Weiterhin sollten moderne Dieselmotoren wie z.B. Direkteinspritzmotoren mit
Common-Rail-Einspritzsystem auf ihre Eignung für den Betrieb mit Pflanzenkraftstoff
untersucht werden. Dabei steht die bessere Gemischaufbereitung, die in diesen
Motoren erreicht wurde, im Vordergrund.
Ein weiterer Punkt, bei dem ein Forschungsbedarf besteht, ist bei Entwicklung vonkleineren Aufbereitungsanlagen für gebrauchte Pflanzenöle und –fette. Hier sollte
folgender Gedanke im Vordergrund stehen. Dort wo das gebrauchte Pflanzenöl oder–fett anfällt, wird es gereinigt und in kleinen Blockheizkraftwerken verbrannt oder inFahrzeugen verfahren. Dieses hätte den Vorteil, daß es keinen Transportaufwand
gäbe und der Hersteller des „Abfalls“ diesen noch energetisch nutzen kann. Diese
Anlagen sollten den Kraftstoff entwässern und von Fremdstoffen wie Salz,
Kohlehydraten, Stärke oder Eiweiß befreien.

Verbesserungsvorschläge:

Die Verbesserungsvorschläge beziehen sich auf den stationären Meßaufbau.
Das Problem der nicht veränderbaren simulierten Schwungmasse bei derAbgasmessung nach dem EG-Zyklus könnte durch den Einbau eines hydraulischen
Getriebes behoben werden. Danach könnte die Schwungmasse individuell an jedes
Fahrzeug angepaßt werden, da bei der Verwendung eines hydraulischen Getriebes
eine stufenlose Verstellung möglich wäre.
Das Problem der falschen Fahrwiderstandskurve kann nur durch einen Austauschder Leistungsbremse erfolgen. Die neue Leistungsbremse sollte so regelbar sein,
daß sie eine Fahrwiderstandskurve simulieren kann, die der EG-Richtlinie
70/220/EWG entspricht.
Weiterhin sollte eine Kalibriereinrichtung für die Venturidüse gebaut werden, um
somit eine Grundlage für den Einbau einer größeren Düse zu gewährleisten.
Da mit dieser Anlage in Zukunft noch mehrere Dieselfahrzeuge geprüft werden,
sollte die Anschaffung einer Einrichtung zur Partikelmessung während des EGZykluses in Erwägung gezogen werden.

Zusammenfassung der Ergebnisse

88

9 Zusammenfassung der Ergebnisse
Die Zusammenfassung der Ergebnisse unterteilt sich in die Bereiche:•

Kraftstoffvergleich•

Temperaturanalyse•

Langzeituntersuchungen•

CO2-Bilanz

Kraftstoffvergleich

Es wurden vier gebrauchte Öle und Fette auf ihre Eignung als Dieselkraftstoffersatz
untersucht. Dazu wurden Abgasuntersuchungen nach dem EG-Test sowie
Leistungs- und Schwärzungszahlmessungen bei Vollast durchgeführt. Dabei kam es
zu folgenden Ergebnissen:•

Die gemessen Leistungen der Pflanzenkraftstoffe lagen bis zu 10% über denen
des Dieselkraftstoffes.

•

Der Wirkungsgrad beim Betrieb mit Pflanzenöle lag im unteren und mittleren
Drehzahlbereich um bis zu 2%-Punkte unter dem mit Dieselkraftstoff. Im oberen
Drehzahlbereich lag der Wirkungsgrad des Motors beim Betrieb mit Pflanzenöl
bis zu 2%-Punkte über dem mit Dieselkraftstoff.

•

Die Schwärzungszahlen lagen bei den Pflanzenkraftstoffen über denen desDieselkraftstoffes. Das schlechte Verhalten des Dieselkraftstoffes und das gute
Verhalten der Pflanzenkraftstoffe im oberen Drehzahlbereich wiederholte sich bei
der Schwärzungszahl.

•

Die HC-Emissionen der Pflanzenkraftstoffe lag bis zu 55% unter denen desDieselkraftstoffes.

•

Die NOx-Emissionen der Pflanzenöle lagen um bis zu 32% höher, die der Fetteum bis zu 9% niedriger als die des Dieselkraftstoffes.

•

Die CO-Emissionen lagen bei den Ölen bis zu 112% und bei den Fetten bis zu
199% über denen des Dieselkraftstoffes.

•

Der Verbrauch der pflanzlichen Kraftstoffe lag aufgrund des niedrigeren
Heizwertes, um bis zu 10% über dem Dieselkraftstoff.

Zusammenfassung der Ergebnisse

89

Temperaturanalyse
An Soja-Öl wurde der Kraftstoff-Temperatureinfluß auf die Verbrennung untersucht.
Dazu wurden Abgasuntersuchungen nach dem EG-Test sowie Leistungs- undSchwärzungszahlmessungen bei 50%, 67%, 84% und 100% Last durchgeführt.
Dabei ergaben sich folgende Ergebnisse:•

Bei Teillast stellte sich ein optimaler Wirkungsgrad und eine optimale
Schwärzungszahl zwischen 60°C und 70°C ein.

•

Bei Vollast stellte sich ein optimaler Wirkungsgrad und eine optimale
Schwärzungszahl bei der höchsten gefahrenen Temperatur von 100°C ein.

•

Bei den Abgas-Emissionen und beim Kraftstoffverbrauch stellte sich der optimale
Bereich, bis auf die Stickoxide, bei 60°C-70°C ein.

•

Die Stickoxide hatten einen optimalen Bereich bei der höchsten gefahrenen
Kraftstofftemperatur von 100°C.

LangzeituntersuchungenBei den Langzeituntersuchungen wurde ein erster Abschnitt absolviert. Dabei konnte
aber nur beim Rieger Fahrzeug eine Wiederholungsmessung durchgeführt werden.
Dabei zeigten sich nach 6.000 km Pflanzenkraftstoffbetrieb (gesamt 11.000 km
Pflanzenkraftstoffbetrieb) folgende Ergebnisse:
Bei den HC--Emissionen gab es zwischen der ersten und zweiten Messung keinen
Unterschied. Bei den NOx-Emissionen gab es eine Erhöhung um 15% und bei den
CO-Emissionen eine Erhöhung um 48%. Der Kraftstoffverbrauch, der sich aus den
Abgas-Emissionen berechnet, sank um 2%.
Bei der Leistung zeigte sich eine durchschnittlicher Abfall von 7%.
Bei der Motor-Endoskopie waren Veränderungen erkennbar.

CO2-Bilanz

Bei der CO2-Bilanz zeigte sich eine starke Bandbreite zwischen den Ergebnissen
der

vier

Szenarien.

Diese

waren

hauptsächlich

in

den

verschiedenen

Gedankenmodellen begründet, die diesen Szenarien zu Grunde lagen. Dabei standZusammenfassung der Ergebnisse90

die Frage, ob Altmaterialien eine Bereitstellungskette haben oder nicht im
Vordergrund. Es ergaben sich folgende Ergebnisse:
CO2-Emission in g/km•

Szenario 1:

95,7 - 143,9•

Szenario 2:

72,7 - 129,3•

Szenario 3:

39,5 - 48,0•

Szenario 4:

16,5 - 33,4

Hierbei erfüllte das Szenario 1 mit seinem unteren Grenzwert die Kriterien des
5-Liter-Autos. Das Szenario 2 erfüllte mit seinem unteren Grenzwert die Kriterien
des 3-Liter-Autos und die Szenarien 3 und 4 erfüllen mit ihren oberen und unteren
Grenzwerten die Kriterien des 3-Liter-Autos deutlich.

Literaturverzeichnis

91

10 Literaturverzeichnis[1]Übersetzung der AGENDA 21
Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Entwicklung
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
1992 (liegt auf der CD als Dokument bei)

[2]

Klimaschutz in Deutschland / Zweiter Bericht der Regierung der
Bundesrepublik Deutschland nach dem Rahmenübereinkommen der
Vereinten Nationen über Klimaänderung
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
1997 (liegt auf der CD als Dokument bei)

[3]

Energetische Nutzung von Pflanzenölen
Fachtagung am 20.10.1998 in Wackersdorf
Bayrisches Landesamt für Umweltschutz
1998

[4]

Öle und Fette als Kraftstoff
Robert Spath
Diplomarbeit, Universität der Bundeswehr München
1994

[5]

Langzeitstabilität beim Betrieb eines Dieselmotors mit FettRoberto Alt
Diplomarbeit, Universität der Bundeswehr München
1997

[6]

VDI-Bericht 1126 / Pflanzenöle als Kraftstoffe für Fahrzeugmotoren undBlockheizkraftwerke
Fachtagung am 4./5. Juli 1994 in Würzburg
VDI-Verlag
1994

Literaturverzeichnis

[7]

92

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als

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fürDieselmotoren und Vorstellung eines neuen Pflanzenöl-Motor-Konzeptes
Dipl.-Ing. Christian Matthias Birkner
genehmigte Dissertation
1995

[8]

VDI-Bericht 794 / Energie aus nachwachsenden Rohstoffen undorganischen Reststoffen
Fachtagung am 8. März 1990 in Darmstadt
VDI-Verlag
1990

[9]

MTZ-Motortechnische Zeitung 9/97
Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH
1997

[10]

Experimentelle

Untersuchungzur

NutzungvonPflanzenölen

inDieselmotoren
Porsche AG - Entwicklungszentrum Weissach
Abschlußbericht
1991

[11]

Ökologische Bilanz von Rapsöl bzw. Rapsölmethylester als Ersatz vonDieselkraftstoff (Ökobilanz Rapsöl)
Umweltbundesamt
1993

[12]

BeschlußderBundesregierungzum

KlimaschutzprogrammderBundesrepublik Deutschland auf der Basis des Vierten Berichts derInterministeriellen

Arbeitsgruppe-Reduktion”)
1997 (liegt auf der CD als Dokument bei)“CO2-Reduktion”

(IMA

“CO2

Literaturverzeichnis

[13]

93

Bericht des Bundes und der Länder über nachwachsende Rohstoffe
Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
1995

[14]

Handbuch Dieselmotoren
Klaus Mollenhauer
Springer-Verlag
1997

[15]

Wärmetechnisches Meßpraktikum
Prof. Dr.-Ing. B. Oberle
Praktikumsmanuskript
1995

[16]

Brockhaus Enzyklopädie Siebter BandF. A. Brockhaus Leipzig-Mannheim
1996

[17]

Optimierung eines Abgasrollenprüfstandes
Christian Liebhardt
Diplomarbeit, Universität der Bundeswehr München
1995

[18]

Entwicklung eines Rollenprüfstandes für Abgasmessungen
W. Skoda
Diplomarbeit, Universität der Bundeswehr München
1993

[19]

Bestimmung der optimalen Einspritzbedingungen beim Betrieb eines
Motors mit tierischen Fetten
Sven Steinlein
Diplomarbeit, Universität der Bundeswehr München
1995

Literaturverzeichnis

[20]

94

Betrieb eines Motors mit tierischen Fetten
H. Jung
Diplomarbeit, Universität der Bundeswehr München
1993

[21]

Bedienungsanleitung Smoke Meter Typ 409
AVL-Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Meßtechnik
1983

[22]

Eichzertifikate der Prüfgase
Linde Deutschland AG[23]

Entwicklung eines rechnergestützten Fahrerleitsystems
Martin Raaben
Diplomarbeit, Universität der Bundeswehr München
1995

[24]

Taschenbuch der Physik
Horst Kuchling
Fachbuchverlag Leipzig - Köln
1995

[25]

VDI Bericht 1093 / Kumulierte Energie- und Stoffbilanzen und ihre
Bedeutung für Ökobilanzen
Fachtagung vom 30.11.-1.12.93 in München
VDI-Verlag
1993

[26]

VDI-Bericht

943/

Energiehaushalten

Einsparpotentiale im Sektor Verkehr
Fachtagung vom 25.-26.3.1992 in Würzburg
VDI-Verlag
1992
[27]

Pflanzliche Öle im chemisch-technischen Sektor

undCO2-Minderung:Literaturverzeichnis

95

Fachtagung vom 12.-13.11.1990 in Bonn
Bundesamt für Ernährung und Forstwirtschaft
1990

[28]

5 Jahre Nachwachsende Rohstoffe 1993-1997
Bericht des BML
Köllen Druck+Verlag GmbH
1998

[29]

DIN 51757 Bestimmung der Dichte
Deutsche Norm
Beuth Verlag GmbH
1984

[30]

DIN 1342 Viskosität
Deutsche Norm
Beuth Verlag GmbH
1986

[31]

DIN 51550 Bestimmung der Viskosität
Deutsche Norm
Beuth Verlag GmbH
1978

[32]

DIN 51562 Messung der kinematischen Viskosität mit dem UbbelohdeViskosimeter
Deutsche Norm
Beuth Verlag GmbH
1983

[33]

DIN 51563 Bestimmung des Viskosität-Temperatur-Verhaltens
Deutsche Norm
Beuth Verlag GmbH
1976

[34]

DIN 53402 Bestimmung der Säurezahl

Literaturverzeichnis

Deutsche Norm
Beuth Verlag GmbH
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[35]

DIN 51558 Bestimmung der Neutralisationszahl
Deutsche Norm
Beuth Verlag GmbH
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[36]

DIN 51606 Dieselkraftstoff aus Fettsäuremethylester (Entwurf)
Deutsche Norm
Beuth Verlag GmbH
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[37]

DIN 51601 Dieselkraftstoff
Deutsche Norm
Beuth Verlag GmbH
1984

[38]

EWG-Richtlinie 70/220/EWG
Lose Blatt Sammlung
Kirschbaum Verlag Bonn
1998

[39]

EWG-Richtlinie 80/1268/EWG
Lose Blatt Sammlung
Kirschbaum Verlag Bonn
1998

[40]

EWG-Richtlinie 80/1269/EWG
Lose Blatt Sammlung
Kirschbaum Verlag Bonn
1998

[41]

EWG-Richtlinie 88/77/EWG

96

Literaturverzeichnis

Lose Blatt Sammlung
Kirschbaum Verlag Bonn
1998

[42]

ECE-Regelung ECE 15
Lose Blatt Sammlung
Kirschbaum Verlag Bonn
1997

[43]

ECE-Regelung ECE 24
Lose Blatt Sammlung
Kirschbaum Verlag Bonn
1997

[44]

ECE-Regelung ECE 83
Lose Blatt Sammlung
Kirschbaum Verlag Bonn
1997

97

Anhang A: Normierungsvorschlag für Rapsöl

Anhang A: Normierungsvorschlag für Rapsöl

98

Anhang B: Berechnung der korrigierten Fahrwiderstände

99

Anhang B: Berechnung der korrigierten Fahrwiderstände
Berechnung der mittleren Beschleunigung des EG-Fahrzykluses

a• =

¢

i

i

n =1

n =1

A Œ ¢ a iEÇ t Beschl., i £ÜberlandŒ ¢ a iEÇ t Beschl., i £StadtE4A

i

i

n =1

n =1

£

¢

i

i

n =1

n =1

£

A Œ Ç t Beschl., i A Œ Ç t konst. Geschw., iŒ Ç t Beschl., i A Œ Ç t konst.Geschw., i StadtE4A
Überland2a
1 mittlere Beschleunigung¦m / s §•2ai
1 Beschleunigung nach dem EG Zyklus während der Phase i ¦m / s §Ç t Beschl., i
1 Zeit der Beschleunigungszeit während der Phase i ¦s§
4
1 Faktor für die viemaligeWiederholung des Stadtzykluses
Ç t konst.Geschw., i 1 Zeitspanne der konst.Geschwindigkeitphasenwährend der Phase i ¦s§

Stadtzyklus

Ç t Beschl., iai

Ç t konst.Geschw., iaiEÇ t Beschl., i

1,04

4

8

4,16

0,83

5

2

4,15

0,94

5

24

4,7

0,83

5

2

4,15

0,62

9

2

5,58

0,52

8

25

4,16

36

63

26,9

Σ

Überlandzyklus

Ç t Beschl., iaiΣÇ t konst.Geschw., iaiEÇ t Beschl., i

0,83

5

2

4,15

0,62

9

2

5,58

0,52

8

2

4,16

0,43

13

119

5,59

0,43

13

50

5,59

0,24

35

30

8,4

0,28

20

10

5,6

83

205

39,07

Nach der obigen Formel und den dazugehörigen Zahlen werten ergibt sich einemittlere Beschleunigung:Anhang B: Berechnung der korrigierten Fahrwiderstände

100

â=0,2144 m/s2
Bestimmung der Bremslast für einen Opel Astra Caravan (Lohmann)
Messung der Geschwindigkeitsabfalles in Sek von 85km/h auf 75km/h beim Ausrollen
Datum: 1.9.98
Ort der Messung: Taxi-Way des ehemaligen Flughafens in Neubiberg
1. Messung
2. Messung
3. Messung
4. Messung
11,6
8,54
11,36
8,76
Die Messungen wurden jeweils in jede Richtung des Taxi-Ways einmal wiederholt

mittleren Verzögerungszeit:
T mittel in sek=
10,07
Widerstandsleistung gemäß EWG-Richtlinie:

P Fahr= M v

Ç v
5 0 0T

M=Bezugsmasse( Fahrzeugmasse(1090kg) –75 kg +100 kg)
M=1115 kg
v=Prüfgeschwindigkeit
V=80 km/h = 22.22 m/s∆v=Abweichung der Geschwindigkeit von der Geschwindigkeit v∆v=5 km/h=1.39 m/s
T=mittlere Verzögerungszeit
T=10,07s

P Fahr=6.8 KWBestimmung der Leistung zum Schwungmassenausgleich
Die mittlere Beschleunigung des Fahrzyklus nach 70/220/EWG Teil I(Fahrstrecken mit konstanter Geschwindigkeit einbezogen)a• = 0 , 2 1 4 4ms

Berechnung der bei 80 km/h zusätzlich einzustellenden Leistung zum Schwungmassenausgleich

P S c h w = F v = ¢ m F a h r z e u g B m P r ü f s t a n d £ a• v = ¢ 1 1 1 5 k g B 1 4 6 3 k g £ 0 , 2 1 4 4
P Schwms= -1.7 KW

Die am Prüfstand bei 80 km/h einzustellende BremsleistungP B r e m s= P F a h r A P S c h w

P Brems = 5,1 KW

2

22,22

m
s

Anhang B: Berechnung der korrigierten Fahrwiderstände

101

Bestimmung der Bremslast für einen Opel Astra Caravan (Kraft)

Der Versuch des Fahrwiderstandsbestimmung wurde schon mit dem Lohmann-Fahrzeug
durchgeführt. Der einzigste Unterschied ist ein größerer Tank, eine Klimaanlage undder aufgeladene Motor. Daraus resultiert ein Gewichtsunterschied von 40 kg. Der Fehler bei
der Übernahme des Fahrwiderstands in die Berechnung der Bremslast ist daher minimal.
Übernommener Wert des Fahrwiderstandsleistung bei 80 km/h

P Fahr =6,8 KWBestimmung der Leistung zum Schwungmassenausgleich
Die mittlere Beschleunigung des Fahrzyklus nach 70/220/EWG Teil I(Fahrstrecken mit konstanter Geschwindigkeit einbezogen)a• = 0 , 2 1 4 4ms

Berechnung der bei 80 km/h zusätzlich einzustellenden Leistung zum Schwungmassenausgleich

P S c h w = F v = ¢ m F a h r z e u g B m P r ü f s t a n d £ a• v = ¢ 1 1 5 5 k g B 1 4 6 3 k g £ 0 , 2 1 4 4
P Schw= -1,5 KW

Die am Prüfstand bei 80 km/h einzustellende Bremsleistung
P Brems = P Fahr A P S c h w

P Brems = 5,3 KW

m
s

2

22,22

m
s

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm
Programm-Code des Fahrzyklus-Simulationsprogramms:

PROGRAM CVS_Fahrzyklen;

USES
CRT, GRAPH, DOS;{Benutzte Bibliotheken(UNITS)}
VAR
cZyklus: Char;cLinie: Char;cGetriebe: Char;cWiederholungxR: Char;: Integer;

input_address: Integer;

output_address: Integer;

na,nv,K,yy: Integer;

i,m,n: Integer;

Time,Z: Integer;

ADC_Faktor: Integer;

Linienlaenge: Shortint;

Zyklus: Shortint;

Timeout: STRING;

xx : ARRAY [1..4000] OF Integer;t_h, t_m, t_s, t_hund : Word; {Variablen fuer Zeitmessungen}102Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

t_h_ref, t_m_ref: Word;t_s_ref, t_hund_ref : Word;LABEL START;{-----------------------------------------------------------------------------}
CONST {Es folgen die konstanten Geschwindigkeitswerte fuer die Zyklen}a : ARRAY [1..1221] OF real= {Geschwindigkeitswerte fuer Pruefzyklus Typ I
Schaltgetriebe -> mit Schaltverzoegerungen }{40 s Leerlauf}( 0,0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,{Kumulierte Zeit: 40 s}{Anfang Grund-Stadtfahrzyklus 4x195 s}
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3.8, 7.5,11.3,15.0,
15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,12.0, 9.0, 6.0, 3.0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 3.0, 6.0, 9.0,12.0,15.0,15.0,15.0,18.4,21.8,25.2,28.6,
32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,
32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,29.1,26.2,23.3,20.4,17.5,
14.6,11.7, 8.8, 5.9, 3.0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3.0, 6.0, 9.0,
12.0,15.0,15.0,15.0,17.2,19.4,21.7,23.9,26.1,28.3,30.6,32.8,35.0,35.0,35.0,
36.9,38.8,40.6,42.5,44.4,46.3,48.1,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,

103Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,48.1,46.3,44.4,42.5,40.6,38.8,36.9,35.0,35.0,35.0,
35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,32.1,29.2,26.3,23.4,
20.5,17.6,14.7,11.8, 8.9, 6.0, 3.1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,{Kumulierte Zeit: 235 s}
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3.8, 7.5,11.3,15.0,
15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,12.0, 9.0, 6.0, 3.0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 3.0, 6.0, 9.0,12.0,15.0,15.0,15.0,18.4,21.8,25.2,28.6,
32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,
32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,29.1,26.2,23.3,20.4,17.5,
14.6,11.7, 8.8, 5.9, 3.0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3.0, 6.0, 9.0,
12.0,15.0,15.0,15.0,17.2,19.4,21.7,23.9,26.1,28.3,30.6,32.8,35.0,35.0,35.0,
36.9,38.8,40.6,42.5,44.4,46.3,48.1,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,
50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,48.1,46.3,44.4,42.5,40.6,38.8,36.9,35.0,35.0,35.0,
35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,32.1,29.2,26.3,23.4,
20.5,17.6,14.7,11.8, 8.9, 6.0, 3.1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,{Kumulierte Zeit: 430 s}
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3.8, 7.5,11.3,15.0,
15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,12.0, 9.0, 6.0, 3.0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 3.0, 6.0, 9.0,12.0,15.0,15.0,15.0,18.4,21.8,25.2,28.6,
32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,
32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,29.1,26.2,23.3,20.4,17.5,
14.6,11.7, 8.8, 5.9, 3.0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3.0, 6.0, 9.0,
12.0,15.0,15.0,15.0,17.2,19.4,21.7,23.9,26.1,28.3,30.6,32.8,35.0,35.0,35.0,
36.9,38.8,40.6,42.5,44.4,46.3,48.1,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,
50.0,50.0,50.0,50.0,50.0,48.1,46.3,44.4,42.5,40.6,38.8,36.9,35.0,35.0,35.0,
35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,35.0,32.1,29.2,26.3,23.4,
20.5,17.6,14.7,11.8, 8.9, 6.0, 3.1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,104

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

105{Kumulierte Zeit: 625 s}
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3.8, 7.5,11.3,15.0,
15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,15.0,12.0, 9.0, 6.0, 3.0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 3.0, 6.0, 9.0,12.0,15.0,15.0,15.0,18.4,21.8,25.2,28.6,
32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,
32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,32.0,29.1,26.2,23.3,20.4,17.5,
14.6,11.7, 8.8, 5.9, 3.0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 3.0, 6.0, 9.0,
12.0,15.0,15.0,15.0,17.2,19.4,21.7,23.9,26.1,28.3,30.6,32.8,35.0,35.0,35.0,
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70.0,
70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0,
70.0,
70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 67.5, 65.0, 62.5, 60.0, 57.5, 55.0, 52.5, 50.0,
50.0,Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

106

50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0,
50.0,
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50.0,
50.0 ,50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0,
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Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

107

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Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

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108

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

109

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20.5,17.6,14.7,11.8, 8.9, 6.0, 3.1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,{Kumulierte Zeit: 820 s}{Auáerstaedtischer Fahrzyklus ;Dauer: 400 s}
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70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0,
70.0,
70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 67.5, 65.0, 62.5, 60.0, 57.5, 55.0, 52.5, 50.0,

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

110

50.0,
50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0,
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50.0,
50.0 ,50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0, 50.0,
50.0,
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50.0,
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62.3, 63.9, 65.4, 66.9, 68.5, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0,
70.0,
70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0,
70.0,
70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0,
70.0,
70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.0, 70.9, 71.7, 72.6,
73.4,
74.3, 75.1, 76.0, 76.9, 77.7, 78.6, 79.4, 80.3, 81.1, 82.0, 82.9, 83.7, 84.6, 85.4,
86.3,
87.1, 88.0, 88.9, 89.7, 90.6, 91.4, 92.3, 93.1, 94.0, 94.9, 95.7, 96.6, 97.4, 98.3,
99.1,
100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,10
0.0,100.0,
100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,10
0.0,100.0,
100.0,101.0,102.0,103.0,104.0,105.0,106.0,107.0,108.0,109.0,110.0,111.0,112.0,11
3.0,114.0,
115.0,116.0,117.0,118.0,119.0,120.0,120.0,120.0,120.0,120.0,120.0,120.0,120.0,12
0.0,120.0,

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

111

120.0,117.5,115.0,112.5,110.0,107.5,105.0,102.5,100.0, 97.5, 95.0, 92.5, 90.0,
87.5, 85.0,
82.5, 80.0, 76.3, 72.5, 68.8, 65.0, 61.3, 57.5, 53.8, 50.0, 45.0, 40.0, 35.0, 30.0,
25.0,
20.0, 15.0, 10.0, 5.0,
0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0);

0,

0,

0,

0,

0,

0,

{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Init_Grafik;{Initialisiert das Grafikpaket und setzt einen Grafikmodus}
VAR
grafiktreiber , grafikmodus, grafikfehler : Integer;
BEGIN
grafiktreiber:=9;{VGA-Treiber}
grafikmodus :=1; {Aufl”sung 640*350}
Initgraph (grafiktreiber, grafikmodus,'c:\tp\bgi'); {Pfad zum Grafiktreiber}
grafikfehler := graphresult;
IF grafikfehler = graph.grok
THEN BEGIN
graph.setbkcolor (0) ;{Hintergrundfarbe : Schwarz}
graph.setcolor (15);{Linienfarbe : Weiss}
END
ELSE BEGIN
Writeln ( 'Abbruch -> Grafikfehler');Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

112

Delay(2500);
Readln;HALT ;
END;
END;{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Geschwind_SkaleIa;
BEGIN
settextstyle(0,horizdir,2);graph.setcolor(14);{Linienfarbe : Gelb}{ moveto(0,15);lineto(550,15);}
moveto(7,10);lineto(7,20);
moveto((70+7),10);lineto(70+7,20);
moveto((140+7),10);lineto(147,20);
moveto((210+7),10);lineto(217,20);
moveto((280+7),10);lineto(287,20);
moveto((350+7),10);lineto(357,20);
moveto((420+7),10);lineto(427,20);
outtextxy(12,7,'0');outtextxy((70+12),7,'10');outtextxy((140+12),7,'20');
outtextxy((210+12),7,'30');outtextxy((280+12),7,'40');outtextxy((350+12),7,'50');outtextxy((420+12),7,'60');
outtextxy((540+12),7,'km/h');
ADC_Faktor:=30;{Faktor fuer die Umrechnung des Spannungssignal von Rolle}
graph.setcolor(15);{Linienfarbe : Weiss}Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

END;{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Geschwind_SkaleIb;
BEGIN

IF Zyklus = 1 THEN
setviewport(0,0,615,20,clipon);clearviewport;settextstyle(0,horizdir,0);graph.setcolor(10);{Linienfarbe : Hellgruen}{ moveto(0,15);lineto(515,15);}
moveto(7,10);lineto(7,20);
moveto(47,10);lineto(47,20);
moveto(87,10);lineto(87,20);
moveto(127,10);lineto(127,20);
moveto(167,10);lineto(167,20);
moveto(207,10);lineto(207,20);
moveto(247,10);lineto(247,20);
moveto(287,10);lineto(287,20);
moveto(327,10);lineto(327,20);
moveto(367,10);lineto(367,20);
moveto(407,10);lineto(407,20);
moveto(447,10);lineto(447,20);
moveto(487,10);lineto(487,20);
outtextxy(12,7,'0');outtextxy(52,7,'10');outtextxy(92,7,'20');
outtextxy(132,7,'30');outtextxy(172,7,'40');outtextxy(212,7,'50');outtextxy(252,7,'60');

113

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

114

outtextxy(292,7,'70');
outtextxy(332,7,'80');outtextxy(372,7,'90');outtextxy(412,7,'100');
outtextxy(452,7,'110');outtextxy(492,7,'120');
outtextxy(517,7,'km/h');

ADC_Faktor:=53;{Faktor fuer die Umrechnung des Spannungssignal von Rolle}
graph.setcolor(15); {Linienfarbe : Weiss}
setviewport(0,21,519,349,clipon);
END;{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Falsche_Eingabe;
BEGIN
Clrscr;gotoxy(2,10);
Writeln('Falsche Eingabe ! Bitte korrigieren !');
Sound(800);
Delay(300);
Nosound;
Delay(2000);
Clrscr;
END;{-----------------------------------------------------------------------------}
FUNCTION WarteaufEingabe (Prompt: string; x,y: integer): char;Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

VAR
cc : Char;h : Integer;
BEGIN
gotoxy (x,y);
FOR h := 1 TO length (Prompt) DO

Write (' ');gotoxy (x,y);Write (Prompt);
cc := readKey;
gotoxy (x,y);
FOR h := 1 TO length (Prompt) DO
Write (' ');WarteaufEingabe := cc;
END;{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Menue ; {Auswahl der Zyklen und Berechnung}
LABEL SPRUNG;BEGINSPRUNG :HighVideo;
Textmode(Lo(LastMode) ) ;115

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

116

Textcolor(2);{Textfarbe : Gruen}
Gotoxy(1,3);
Writeln('Welcher Prüfzyklus soll gefahren werden?

');

Writeln;
Textcolor(14);{Textfarbe : Gelb}
Writeln;cZyklus := WarteaufEingabe('Prüfzyklus Typ I -> (1)',1,6);
CASE cZyklus OF'1':BEGIN
Writeln;
Write ('Gewaehlt : Prüfzyklus Typ I');
Delay(500);
Writeln;cGetriebe := WarteaufEingabe('Schaltgetriebe-> (1)

Automatikgetriebe -> (2)',1,10);

CASE cGetriebe OF'1':BEGIN
Writeln;
Writeln('Gewaehlt : Schaltgetriebe');Zyklus:=1;
K:=1;
FOR i := 1 TO 820 DO BEGIN
xx[k]:=Round(7+(7*a[i]));Inc(k);
xx[k]:=Round(7+(7*(a[i]+a[i+1])/2));
Inc(k);

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

END;

K:=1641;
FOR I := 821 TO 1220 DO BEGIN
xx[K]:=Round(7+(4*a[i]));
Inc(K);
xx[K]:=Round(7+(4*(a[i]+a[i+1])/2));
Inc(K);
END;
END;'2':BEGIN
Writeln;
Writeln('Gewaehlt : Automatikgetriebe');Zyklus:=1;
K:=1;
FOR I := 1 TO 820 DO BEGIN
xx[K]:=round(7+(7*aa[i]));
Inc(K);
xx[K]:=Round(7+(7*(aa[i]+aa[i+1])/2));
Inc(K);
END;
K:=1641;
FOR I := 821 TO 1220 DO BEGIN

117

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogrammxx[K]:=Round(7+(4*aa[i]));
Inc(K);
xx[K]:=Round(7+(4*(aa[i]+aa[i+1])/2));
Inc(K);
END;

END;
ELSE
Falsche_Eingabe;
GOTO SPRUNG;{Sprung zurück zur Prozedur 'Menue'}
END;
END;
ELSE
Falsche_Eingabe;
GOTO SPRUNG;{Sprung zurück zur Prozedur 'Menue'}
END;
END;
{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Linie_Breite;
BEGIN

118

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

Textcolor(2);{Farbe : Gruen}
Gotoxy (1,14);
Writeln('Wahl der Linienbreite :');
Textcolor(14);{Farbe : gelb}
cLinie := WarteaufEingabe('Normal ->(1) Dick ->(2)',1,16);

CASE cLinie OF'1' :BEGIN
Init_Grafik;
Setlinestyle(solidln,0,normwidth);END;'2' :BEGIN
Init_Grafik;
Setlinestyle(solidln,0,thickwidth);
END;
ELSE
Falsche_eingabe;
Menue;
END;
END;{-----------------------------------------------------------------------------}

119

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

PROCEDURE Geschwind_Skale;
BEGIN
Geschwind_SkaleIa
END;{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Ende_Zyklus;

BEGIN
Graph.setcolor(14);IF Zyklus = 1 THEN BEGIN
Settextstyle(0,horizdir,2);outtextxy(100,260,'Ende des Fahrzyklus !');
outtextxy(100,280,'Motor abstellen !');
Delay(7000);
Closegraph;
EXIT;
END;

END;
{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE ZEIT;
BEGIN
graph.setcolor(7);120Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

Settextstyle(0,horizdir,2);
Time:=Z;
Str(time:4,timeout);
outtextxy(450,200,timeout);
Inc(Z);
graph.setcolor(15);If Z = 41 THEN
outtextxy(119,310,'Test beginnt jetzt!');IF cGetriebe = '1' THEN
BEGIN
IF Z = 1193 THEN
outtextxy(119,310,'Auskuppeln in 2 Sekunden!');IF Z = 1194 THEN
outtextxy(119,310,'Auskuppeln in 1 Sekunde!');IF Z = 1195 THEN
outtextxy(119,310,'Jetzt Auskuppeln!!!');END;
IF Z = 821 THEN
Geschwind_SkaleIb;
IF Z = 1221 THEN
Ende_Zyklus;

END;{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE ADC12_OPEN (port_no : integer);121

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

VAR

printer_port_table : ARRAY [1..4] OF integer ABSOLUTE $0040:0008;
BEGIN
IF (port_no < 1) OR (port_no > 4) THEN
port_no := 1;
output_address := printer_port_table [port_no];
IF output_address = 0 THEN
output_address := printer_port_table [1];input_address := output_address + 1;
port [output_address] := $FE;
END;{-----------------------------------------------------------------------------}
FUNCTION ADC12_Wert : integer;
VAR
Wert
i

: integer;: integer;

BEGIN
Wert := 0;
port [output_address] := $FC;
FOR i := 1 TO 12 DO

122

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

BEGIN

port [output_address] := $FD;
port [output_address] := $FC;
IF (port [input_address] AND $80) <> 0 THEN

Wert := (Wert SHL 1)
ELSE
Wert := (Wert SHL 1)+1;
END;

port [output_address] := $FE;
ADC12_Wert := Wert;

END;{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE ADC_Umwandlung_I;
BEGIN
I:=1;
REPEAT
Graph.setcolor(0);{Farbe : Schwarz}
outtextxy(xR,300,(#29));Graph.setcolor(8);{Farbe : dunkelgrau}
xR:=(Round(ADC12_Wert/(ADC_Faktor/10)));123Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

moveto((0),(306));lineto(650,306);
Graph.setcolor(10);{Farbe : hellgrün}
outtextxy(xR,300,(#29));
Delay(40);
Inc(I);
UNTIL I=10;

Graph.setcolor(15);{Farbe : Weiss}
END;{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE ADC_Umwandlung_II;

BEGIN
Graph.setcolor(0);{Farbe : Schwarz}
outtextxy(xR,300,(#29));Graph.setcolor(14);{Farbe : Gelb}
xR:=(Round(ADC12_Wert/(adc_Faktor/10)));outtextxy(xR,300,(#29));Graph.setcolor(15);{Farbe : Weiss}
END;{-----------------------------------------------------------------------------}PROCEDURE Zeichnen;
BEGIN
yy:=306;
Z:=(0);{Startwert für Zeitanzeige}

124Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

Linienlaenge:=7;n:=0;
m:=49;
na:=1;{Startwerte fuer aktive (na)}nv:=0;{und visuelle (nv) Grafikseite}
setviewport(0,21,630,349,clipon);
FOR k:= n TO m DO BEGIN
moveto ((xx[k]),yy);lineto ((xx[k+1]),(gety-Linienlaenge));dec (yy,Linienlaenge);
END;
Graph.setcolor(10); {Farbe : Hellgruen}
settextstyle(0,horizdir,0);
outtextxy(120,265,'Motor starten');outtextxy(120,280,'Zum Programm-Start [RETURN]-Taste drücken !');
outtextxy(120,295,'Programmabruch mit [ESC]-Taste !');
Graph.setcolor(15); {Farbe : Weiss}
Readln;Clearviewport;
Settextstyle(0,horizdir,2);outtextxy(519,200,'[t/sec]');Inc(n);
Inc(m);
yy:=306;
Setactivepage(na);FOR K:=n TO m DO BEGIN
Moveto ((xx[k]),yy);Lineto ((xx[k+1]),(gety-Linienlaenge));
Dec (yy,Linienlaenge);

125Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

END;

na:=(na+1)mod 1;
Setviewport(0,21,519,349,clipon);
ADC12_OPEN (1);{Initialisiert den AD-Wandler an LPT 1}
yy:=306;{Referenzzeitmesung}
GetTime(t_h_ref,t_m_ref,t_s_ref,t_hund_ref);

REPEAT
Setvisualpage(nv);
ADC_Umwandlung_II;
ZEIT;

Setactivepage(na);FOR K:=n TO m DO BEGIN
Moveto ((xx[k]),yy);Lineto ((xx[k+1]),(gety-Linienlaenge));
Dec (yy,Linienlaenge);
END;
Inc(n);
Inc(m);
na:=(na+1)mod 1;
nv:=(nv+1)mod 1;
ADC_Umwandlung_I;
Setvisualpage(nv);126

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

127

ADC_Umwandlung_II;
Setactivepage(na);FOR K:=n TO m DO BEGIN
Moveto ((xx[k]),yy);Lineto ((xx[k+1]),(gety-Linienlaenge));
Dec (yy,Linienlaenge);
END;

Inc(n);
Inc(m);
yy:=306;
ADC_Umwandlung_I;

REPEAT{geht nur, wenn die Systemuhr waehrend Programmlauf nicht 24:00 Uhrerreicht!}
GetTime(t_h,t_m,t_s,t_hund);t_h := t_h - t_h_ref;t_m := t_m - t_m_ref;t_s := t_s - t_s_ref;t_hund := t_hund - t_hund_ref;
UNTIL (t_h*3600+t_m*60+t_s) >= Z;
Clearviewport;
UNTIL keypressed;
END;{-----------------------------------------------------------------------------}

Anhang C: Fahrzyklus-Simulationsprogramm

BEGIN
START: Menue;
Linie_Breite;
Geschwind_Skale;
Zeichnen;
Closegraph;{Beendet das Grafikpaket und schaltet in Textmodus}
Delay(500);
Writeln;Writeln;
Textcolor(14);{Farbe : gelb}
Write('Soll ein weiterer Zyklus gefahren werden (j/n) ? ');Readln(cWiederholung);
IF (cWiederholung = 'j') OR (cWiederholung = 'J') THEN GOTO Start

ELSE
EXIT

END.

128

Anhang D: Abgasanalyse-Auswerteprogramm

129

Anhang D: Abgasanalyse-Auswerteprogramm
Programmcode des geänderten Abgasanalyse-Auswerteprogramms:

100 SCREEN

0: COLOR 14, 1, 5: DIM DA AS STRING * 10

GOSUB RAHLOCATE 5, 12: PRINT "Programm zur Berechnung der von DIESEL-Fahrzeugen"
LOCATE 7, 12: PRINT "ausgestossenen Schadstoffmengen",

LOCATE 9, 12: PRINT "und deren Kraftstoffverbrauch"

LOCATE 20, 16: INPUT "Weiter mit >>> RETURN <<< "; C$
105 GOSUB RAH
LOCATE 5, 10: PRINT "Eingabe von Messwerten= 1"

LOCATE 7, 10: PRINT "Ausgabe von Messwerten= 2"

LOCATE 10, 10: INPUT "Ihre Wahl"; ABC
IF ABC < 1 OR ABC > 2 GOTO 105: IF ABC = 2 GOTO 300
110 GOSUB RAH
LOCATE 5, 12: INPUT "Versuchsnummer (1-999):"; B

BB = B + 1000
LOCATE 7, 12: INPUT "Datum"; DA

LOCATE 11, 12: INPUT "Raumtemperatur in øC:"; GC

LOCATE 13, 12: INPUT "rel. Luftfeuchtigkeit in % :"; RA

LOCATE 15, 12: INPUT "Luftdruck in mbar:"; PB

LOCATE 17, 12: PRINT "Sättigungsdampfdruck von Wasser in bar"
LOCATE 18, 12: PRINT "bei einer Temperatur von"; GC; : PRINT "øC:", INPUT PDB
115 LOCATE 22, 12: INPUT "Eingabe in Ordnung (J/N)"; A$:IF A$ = "N" OR A$ = "n" THEN 110: IF A$ = "J" OR A$ = "j" THEN 120
CLS
LOCATE 8, 12: PRINT "Bitte nur mit J oder N antworten"
GOTO 115
120 GOSUB RAH
LOCATE 5, 10: INPUT "Volumen in ft^3:"; V1

LOCATE 9, 10: INPUT "Gesamtstrecke in km:"; KM

125 LOCATE 22, 12: INPUT "Eingabe in Ordnung (J/N)"; A$:IF A$ = "N" OR A$ = "n" THEN 120: IF A$ = "J" OR A$ = "j" THEN 130
GOSUB RAHLOCATE 8, 12: PRINT "Bitte nur mit J oder N antworten"
GOTO 125130 GOSUB RAH
LOCATE 5, 10: INPUT "HC-Konz.

Air 1 in ppm:"; ACH1

LOCATE 7, 10: INPUT "NOx-Konz.

Air 1 in ppm:"; ANO1

Anhang D: Abgasanalyse-Auswerteprogramm

130

LOCATE 9, 10: INPUT "CO2-Konz.

Air 1 in % :"; AKO1

LOCATE 11, 10: INPUT "CO-Konz.

Air 1 in ppm:"; ACO1

LOCATE 13, 10: INPUT "HC-Konz. Sample 1 in ppm:"; SCH1

LOCATE 15, 10: INPUT "NOx-Konz. Sample 1 in ppm:"; SNO1

LOCATE 17, 10: INPUT "CO2-Konz. Sample 1 in % :"; SKO1

LOCATE 19, 10: INPUT "CO-Konz. Sample 1 in ppm:"; SCO1

135 LOCATE 22, 12: INPUT "Eingabe in Ordnung (J/N)"; A$:IF A$ = "N" OR A$ = "n" THEN 130: IF A$ = "J" OR A$ = "j" THEN 200
CLS
LOCATE 8, 12: PRINT "Bitte nur mit J oder N antworten"
GOTO 135
200 CLS
LOCATE 10, 10: PRINT "Soll das Protokoll abgespeichert werden"
LOCATE 12, 10: PRINT "Ja=1

PRINT : PRINT : PRINT : INPUT "

Nein

= 5"

Ihre Wahl"; S$

IF S$ = "5" THEN 750: IF S$ = "1" THEN 250
GOTO 200
250 F$ = "A:" + RIGHT$(STR$(BB), 4)
ON ERROR GOTO 200
OPEN F$ FOR OUTPUT AS #5
WRITE #5, B, DA, GC, RA, PB, PDB, V1, KM, ACH1
WRITE #5, ANO1, AKO1, ACO1, SCH1, SNO1, SKO1, SCO1
CLOSE #5: GOTO 750
300 LOCATE 10, 10: PRINT "Welches Protokoll soll eingelesen werden ?"LOCATE 15, 10: INPUT "Versuch Nr. "; BBB = B + 1000
F$ = "A:" + RIGHT$(STR$(BB), 4)
OPEN F$ FOR INPUT AS #5
INPUT #5, B, DA, GC, RA, PB, PDB, V1, KM, ACH1
INPUT #5, ANO1, AKO1, ACO1, SCH1, SNO1, SKO1, SCO1
CLOSE #5
REM ************ Änderung von Werten (Versuch 1) *************
750 CLS
REM Umrechnung der Umgebungstemperatur auf Kelvin
TP = GC + 273.15
REM Umrechnung der Drücke auf kPa
PBX = PB / 10
PDBX = PDB * 100
REM Berechnung der absoluten Feuchte
AF = RA * PDBX * 10 * 287.2 / (461.5 * PBX)REM Umrechnung der Luft auf Normalbedingungen und in LiterAnhang D: Abgasanalyse-Auswerteprogramm

131

VM1 = V1 * 28.31685
REM Berechnungen nach 70/220/EWG
REM allgemein
H = (6.221 * RA * PDBX) / (PBX - PDBX * RA * .01)
KH = 1 / (1 - .0329 * (H - 10.71))
DF1 = 13.4 / (SKO1 + (SCH1 + SCO1) * .0001)
REM HCCHC1 = SCH1 - ACH1 * (1 - 1 / DF1)
MHC1 = VM1 * .619 * CHC1 * .000001
MHC = (MHC1) / (KM)
REM COCCO1 = SCO1 - ACO1 * (1 - 1 / DF1)
MCO1 = VM1 * 1.25 * CCO1 * .000001
MCO = (MCO1) / (KM)
REM NOx
CNO1 = SNO1 - ANO1 * (1 - 1 / DF1)
MNO1 = VM1 * 2.05 * CNO1 * .000001 * KH
MNO = (MNO1) / (KM)
REM CO2
CKO1 = SKO1 - AKO1 * (1 - 1 / DF1)
MKO1 = VM1 * 1.964 * CKO1 * .01
MKO = (MKO1) / (KM)
REM Kraftstoffverbrauch
FC = (.1155 / .84) * ((.866 * MHC) + (.429 * MCO) + (.273 * MKO))PRINT : PRINT
PRINT USING "HC in g/Phase : ####.###"; MHC1: PRINT

PRINT USING "NOx in g/Phase : ####.###"; MNO1: PRINT

PRINT USING "CO2 in g/Phase : ####.###"; MKO1: PRINT

PRINT USING "CO in g/Phase : ####.###"; MCO1: PRINTLOCATE 25, 12: INPUT "Weiter mit >>> RETURN <<< "; C$
CLS
LOCATE 3, 10: PRINT USING "Kohlenwasserstoffe im Abgas:##.####"; MHC; : PRINT"g/km"
IF MHC <= .7

THEN GOTO 1560

1550 LOCATE 5, 10: PRINT "*** Grenzwert von 0.7 g/km überschritten ***"
GOTO 1600
1560 LOCATE 5, 10: PRINT "*** Grenzwert erfüllt ***"
1600 LOCATE 7, 10: PRINT USING "Stickoxide im Abgas:
IF MNO <= .7#.####"; MNO; : PRINT " g/km"

THEN GOTO 1610

LOCATE 9, 10: PRINT "*** Grenzwert von 0.7 g/km überschritten ***"
GOTO 1620

Anhang D: Abgasanalyse-Auswerteprogramm

132

1610 LOCATE 9, 10: PRINT "*** Grenzwert erfüllt ***"
1620 LOCATE 11, 10: PRINT USING "Kohlendioxid im Abgas:####.##"; MKO; : PRINT " g/km"

LOCATE 13, 10: PRINT USING "Dieselkraftstoffverbrauch:##.###"; FC; : PRINT " l/100 km"

LOCATE 15, 10: PRINT USING "Kohlenmonoxid im Abgas:##.####"; MCO; : PRINT " g/km"

IF MCO <= 1

THEN GOTO 1670

LOCATE 17, 10: PRINT "*** Grenzwert von 1 g/km überschritten ***"
GOTO 1671
1670 LOCATE 17, 10: PRINT "*** Grenzwert erfüllt ***"
1671 LOCATE 19, 10: PRINT USING "absolute Feuchte:##.###"; AF; : PRINT " g Wasser/kg Luft"

IF AF > 12 THEN GOTO 1672
IF AF < 5 THEN GOTO 1673
LOCATE 20, 10: PRINT "*** Grenzwert erfüllt ***"
GOTO 1674
1672 LOCATE 20, 10: PRINT "*** Grenzwert von 12 g/kg überschritten ***"
GOTO 1674
1673 LOCATE 20, 10: PRINT "*** Grenzwert von 5 g/kg unterschritten ***"
1674 LOCATE 22, 10: PRINT USING "Raumtemperatur:##"; GC; : PRINT " Grad Celsius"

IF GC > 30 THEN GOTO 1675
IF GC < 20 THEN GOTO 1676
LOCATE 23, 10: PRINT "*** Grenzwert erfüllt ***"
GOTO 1680
1675 LOCATE 23, 10: PRINT "*** Grenzwert von 30 Grad Celsius überschritten ***"
GOTO 1680
1676 LOCATE 23, 10: PRINT "*** Grenzwert von 20 Grad Celsius unterschritten ***"
1680 LOCATE 25, 12: INPUT "Weiter mit >>> RETURN <<< "; C$
CLS : LOCATE 15, 7:1685 INPUT "Sollen die Werte auf Drucker ausgegeben werden (J/N) "; A$
IF A$ = "N" OR A$ = "n" THEN 9999
IF A$ = "J" OR A$ = "j" THEN 1690
CLS
LOCATE 8, 12: PRINT "Bitte nur mit J oder N antworten"
GOTO 1685
LOCATE 25, 12: INPUT "Weiter mit >>> RETURN <<< "; C$REM ***************** Drucker *****************************
1690 WIDTH "LPT1:", 220
CLS : LOCATE 10, 12: PRINT " Bitte Papier einlegen"
LOCATE 14, 12: INPUT " Weiter mit >>> RETURN <<<"; A$
LPRINT CHR$(27); CHR$(64)LPRINT "";LPRINT CHR$(14);LPRINT CHR$(27); CHR$(119);

Anhang D: Abgasanalyse-Auswerteprogramm

133

LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINTLPRINT "Auswerteprotokoll"

LPRINTLPRINT "Versuch "; : LPRINT B

LPRINTLPRINT "Seite 1 "LPRINTLPRINT "";LPRINT "Datum "; : LPRINT DALPRINT : LPRINTLPRINT "Atmosphärische Daten:"

LPRINT "": LPRINT "";LPRINT USING " Raumtemperatur in Grad Celsius:##"; GC;LPRINTLPRINT "";IF GC > 30 THEN GOTO 2000
IF GC < 20 THEN GOTO 2100
LPRINT "*** Grenzwert erfüllt ***"

GOTO 2200
2000 LPRINT "*** Grenzwert von 30 Grad Celsius überschritten ***"

GOTO 2200
2100 LPRINT "*** Grenzwert von 20 Grad Celsius unterschritten ***"

2200 LPRINTLPRINT "";LPRINT USING "rel. Luftfeuchte in %:####"; RA;

LPRINT : LPRINTLPRINT "";LPRINT USING "abs. Feuchte in g H2O/kg Luft: ##.###"; AF;

LPRINTLPRINT "";IF AF > 12 THEN GOTO 3000
IF AF < 5 THEN GOTO 3100
LPRINT "*** Grenzwert erfüllt ***"

GOTO 3200
3000 LPRINT "*** Grenzwert von 12 g/kg überschritten ***"

GOTO 3200
3100 LPRINT "*** Grenzwert von 5 g/kg unterschritten ***"

3200 LPRINTLPRINT "";LPRINT USING "Luftdruck in mbar:
LPRINT : LPRINTLPRINT "Sättigungsdampfdruck für "LPRINT "";####"; PB;

Anhang D: Abgasanalyse-Auswerteprogramm

134

LPRINT USING " Wasser bei Raumtemp. in bar: #.#####"; PDB;LPRINT : LPRINTLPRINT "Teilvolumina je Phase:": LPRINTLPRINT "";LPRINT USING "Volumen in ft^3:####"; V1

LPRINT : LPRINTLPRINT "Gefahrene Strecke:

LPRINT "": LPRINT";LPRINT USING "Strecke in km:###.#"; KM

LPRINT : LPRINTLPRINT "Schadstoffkonzentration der Beutelproben:": LPRINTLPRINT "";LPRINT USING " HC-Konz. Air 1 in ppm:
LPRINT "####.###"; ACH1";

LPRINT USING " NOx-Konz. Air 1 in ppm:
LPRINT "####.###"; ANO1";LPRINT USING " C02-Konz. Air 1 in %:LPRINT "####.###"; AKO1";LPRINT USING " CO-Konz. Air 1 in ppm:####.###"; ACO1LPRINTLPRINT "";LPRINT USING " HC-Konz. Sample 1 in ppm:
LPRINT "####.###"; SCH1";LPRINT USING " NOx-Konz. Sample 1 in ppm: ####.###"; SNO1LPRINT "";LPRINT USING " CO2-Konz. Sample 1 in % :LPRINT "####.###"; SKO1";LPRINT USING " CO-Konz. Sample 1 in ppm:####.###"; SCO1LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINTLPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINT
7000 CLSLOCATE 10, 12: PRINT " Bitte neues Papier einlegen"
LOCATE 14, 15: INPUT " Weiter mit >>> RETURN <<<"; A$
LPRINT : LPRINT "";LPRINT CHR$(14);LPRINT CHR$(27); CHR$(119);LPRINT CHR$(27); CHR$(45); CHR$(1);LPRINT : LPRINT : LPRINTLPRINT "Auswerteprotokoll"

LPRINTLPRINT "LPRINT

Versuch "; : LPRINT B

Anhang D: Abgasanalyse-Auswerteprogramm
LPRINT "135

Seite 2 "LPRINTLPRINT "";LPRINT "Datum "; : LPRINT DALPRINTLPRINT "Schadstoffkonzentration je Phase:": LPRINTLPRINT "";LPRINT USING " HC in g/Phase :###.###"; MHC1

LPRINTLPRINT "";LPRINT USING " NOx in g/Phase :###.###"; MNO1LPRINTLPRINT "";LPRINT USING " CO2 in g/Phase :####.###"; MKO1LPRINTLPRINT "";LPRINT USING " CO in g/Phase :###.###"; MCO1LPRINT : LPRINT : LPRINTLPRINT "";LPRINT "Schadstoffemissionen in g/km bezogen auf den Gesamtzyklus:"
LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINTLPRINT "";LPRINT USING "Kohlenwasserstoffe im Abgas ##.###"; MHC; : LPRINT " g/km": LPRINT
IF MHC <= .7 THEN GOTO 2510
LPRINT "*** Grenzwert von 0.7 g/km überschritten! ***"

GOTO 2530
2510 LPRINT "*** Grenzwert erfüllt ***"

2530 LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINTLPRINT "";LPRINT USING "Stickoxide im Abgas:##.###"; MNO; : LPRINT " g/km": LPRINTIF MNO <= .7 THEN GOTO 2600
LPRINT "*** Grenzwert von 0.7 g/km überschritten! ***"

GOTO 2620
2600 LPRINT "*** Grenzwert erfüllt ***"

2620 LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINTLPRINT "";LPRINT USING "Kohlendioxid im Abgas:
LPRINT "#####.##"; MKO; : LPRINT " g/km": LPRINT";LPRINT USING "Dieselkrafstoffverbrauch:#####.##"; FC; : LPRINT " l/100km"

LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINTLPRINT "";LPRINT USING "Kohlenmonoxid im Abgas:
IF MCO <= 1 THEN GOTO 2690##.###"; MCO; : LPRINT " g/km": LPRINTAnhang D: Abgasanalyse-Auswerteprogramm
LPRINT "*** Grenzwert von 1 g/km überschritten! *** "GOTO 2691
2690 LPRINT "*** Grenzwert erfüllt ***"

2691 LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINT : LPRINT
2720 CLS : PRINT : PRINT : PRINT : PRINT
2700 PRINT "* Teil der Diplomarbeit - CVS - *"9999 END
LOCATE 25, 12: INPUT "Weiter mit >>> RETURN <<< "; C$
RETURN
RAH: CLS : LOCATE 1, 1
PRINT "ÉÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ";PRINT "ÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ»"LOCATE 23, 1
PRINT "ÈÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ";PRINT "ÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍÍ¼"
FOR T = 2 TO 22: LOCATE T, 79: PRINT "º": NEXT T
FOR T = 2 TO 22: LOCATE T, 1: PRINT "º": NEXT T: RETURN

136

Anhang E: Temperatureinfluß

137

Anhang E: Temperatureinfluß

Wirkungsgrad bei 100% Last
0,26
0,25
0,24
DieselSoja 50°C
Soja 60°C
Soja 70°C
Soja 80°C
Soja 90°C
Soja 100°C

0,22
0,21
0,2
0,19
0,18
0,17
0,16
0,15
50

65

80

95

110

125

140

Geschwindigkeit in km/h

Schwärzungszahl bei 100% Last
9

Schwärzungszahl in1

Wirkungsgrad in 1

0,23

8,5
8
DieselSoja 50°C
Soja 60°C
Soja 70°C
Soja 80°C
Soja 90°C
Soja 100°C

7,5
7
6,5
6
5,5
5
4,5
4
50

65

80

95

110

125

Geschwindigkeit in km/h

140

Anhang E: Temperatureinfluß

138

Wirkungsgrad bei 84% Last
0,27

DieselSoja 50°C
Soja 60°C
Soja 70°C
Soja 80°C
Soja 90°C
Soja 100°C

0,23
0,21
0,19
0,17
0,15
50

65

80

95

110

125

140

Geschwindigkeit in km/h

Schwärzungszahl bei 84% Last
4

Schwärzungszahl in1

Wirkungsgrad in 1

0,25

3,5
DieselSoja 50°C
Soja 60°C
Soja 70°C
Soja 80°C
Soja 90°C
Soja 100°C

3
2,5
2
1,5
1
50

65

80

95

110

125

Geschwindigkeit in km/h

140

Anhang E: Temperatureinfluß

139

Wirkungsgrad bei 67% Last
0,26
0,25
0,24
DieselSoja 50°C
Soja 60°C
Soja 70°C
Soja 80°C
Soja 90°C
Soja 100°C

0,22
0,21
0,2
0,19
0,18
0,17
0,16
0,15
50

65

80

95

110

125

140

Geschwindigkeit in km/h

Schwärzungszahl bei 67% Last
3

Schwärzungszahl in1

Wirkungsgrad in 1

0,23

2,75
2,5

DieselSoja 50°C
Soja 60°C
Soja 70°C
Soja 80°C
Soja 90°C
Soja 100°C

2,25
2
1,75
1,5
1,25
1
0,75
50

65

80

95

110

125

Geschwindigkeit in km/h

140

Anhang E: Temperatureinfluß

140

Wirkungsgrad bei 50% Last
0,27
0,26
0,25
DieselSoja 50°C
Soja 60°C
Soja 70°C
Soja 80°C
Soja 90°C
Soja 100°C

0,23
0,22
0,21
0,2
0,19
0,18
0,17
0,16
0,15
50

65

80

95

110

125

140

Geschwindigkeit in km/h

Schwärzungszahl bei 50% Last
2

Schwärzungszahl in1

Wirkungsgrad in 1

0,24

1,75
1,5

DieselSoja 50°C
Soja 60°C
Soja 70°C
Soja 80°C
Soja 90°C
Soja 100°C

1,25
1
0,75
0,5
0,25
50

65

80

95

110

Geschwindigkeit in km/h

125140