Alle Kraftstoffe aus Erdöl haben nahezu den gleichen Brennwert. Diesel brennt jedoch nicht so heiß, dafür länger. Benzin verbrennt heißer und dafür schneller, -> gleicher Brennwert !
Ist die Verbrennungstemperatur sehr hoch (über 950 °C dehnt sich die Luft nicht mehr nennenswert aus), wird das in einem Kolbenmotor nichts mehr zur Leistungssteigerung beitragen - überschüssige Temperatur = Energieverlust.
Ist der Brennraum gut Wärmeleitend, so geht der Verbrennung ein Wärmeübertrag verlohren - Energieverlust.
Ist die Brenntemperatur sehr hoch kann das gleiche Material mehr Wärme abführen.
-> Lange Brennzeit = niedere Drehzahl.
-> Hohe Brenntemperatur = hoher Wärmeverlust.
Das Benzin-Molekül liegt im Bereich um C8H18 => 114.08 g/mol
Das Diesel-Molekül liegt im Bereich um C14H30 => 198.14 g/mol
Die Dichte von Luft liegt bei 1.3 Kg/m 3 und 20 °C; sie enthält:
| Stickstoff (N2) | 78 Vol.- % | 75.51 Massen- % | 980 g/m3 | MN2=28.02 g/mol | 34.98 mol/m3 |
| Sauerstoff (O2) | 21 Vol.- % | 23.15 Massen- % | 300 g/m3 | MO2=32.00 g/mol | 9.38 mol/m3 |
| Argon (Ar) | 0.9 Vol.- % | 1.28 Massen- % | 17 g/m3 | MAr=39.95 g/mol | 0.43 mol/m3 |
| Kohlendioxid (CO2) | 0.03 Vol.- % | 0.046 Massen- % | 0.6 g/m3 | MCO2=44.01 g/mol | 0.014 mol/m3 |
Die Verbrennung von Benzin: 2 C8H18 + 25 O2 ==> 18 H2O + 16 CO2
Die Verbrennung von Diesel: 2 C14H30 + 43 O2 ==> 30 H2O + 28 CO2
| Ein m3 Luft kann somit : | (9.38 mol/m3 O2) / (25 O2) *
(2 C8H18) ==> 9,38/25 *2 molC8H18 =
0.75 Mol C8H18 verbrennen, |
| oder : | (9.38 mol/m3 O2) / (43 O2) * (2 C14H30) ==> 9,38/43 *2 molC14H30 = 0.44 Mol C14H30 verbrennen. |
Das sind dann für 1 m3 Luft, Dichte CO2 = 1.98 Kg/m3, Dichte Wasserdampf auf 20 °C heruntergerechnet H2O ca. 1.2 Kg/m3.
| Benzin : | 85,56 g | 6.75 Mol H2O + 6.0 Mol CO2 | 66.66 mol H2O / m3 | + 0.1013 m3 H2O + 0.090 m3 CO2 - 0.210 m3 O2 |
| Diesel : | 87.18 g | 6.54 Mol H2O + 6.11 Mol CO2 | 44.99 mol CO2 / m3 | + 0.098 m3 H2O + 0.164 m3 CO2 - 0.210 m3 O2 |
Daraus folgt bei der Verbrennung des Benzins mit dem enthaltenen Sauerstoff ein Volumenverlust von - 0.019 m3, - 1.9 %.
Bei der Verbrennung des Diesels mit dem enthaltenen Sauerstoff entsteht ein Volumengewinn von + 0.052 m3, + 5.2 %
Somit kann man die Verbrennungsgase vernachlässigen und sich nur auf die Erwärmung des Brenngases konzentrieren.
Die optimale Vrbrennung in einem Kolbenmotor sieht folgender maßen aus: Der Kolben ist ganz oben und die Verbrennung geht los und dauert an, bis die Kurbelwelle auf - 60° steht; dabei darf immer nur so viel Sprit verbrannt werden, daß die Temperatur ca. 900 °C beträgt. Die Leistungssteuerung (Gas) geht von einer Kurbelwellenstellung von +60° aus; die Brenndauer dehnt sich bei Leistungzuwachs davon gleichmäßig in beide Richtungen aus, bis +90° und dann nur noch in die Richtung bis -60° - dann gehen schon die Auslassfentile auf.
Somit hat man über den ganzen Kraftweg der Kurbelwelle den maximalen Druck -> größtmögliches Drehmoment.
Wenn in dem Abgas noch Sauerstoff übrig ist (Lambdasonde) ist es denkbar einen weiteren Drehmomentanstieg durch Dampfdruck zu erzeugen. Dabei wird eine höhere Brenntemperatur erzeugt, die sofort mit Wasser abgekühlt wird - bzw. Wasser eingespritzt wird, das sofort auf 900°C erwärmt wird. (Geringerer Spritverbrauch bei gleicher Leistung)
Um Sprit zu sparen muss der Brennraum gut wärmeisoliert werden um ein Wärmeübertag im bereich des Kurbelwellen-Kraftbereichs zu verhindern. Dies gelingt am besten durch Keramikeinlagen als Laufbuchse, auf Kolben und Zylinderkopf.
Ein weiterer positiver Effekt durch diese Bauart ist die Möglichkeit jede beliebige brennbare Flüssigkeit zu verwenden, z.B. Fritieröl.
