1 Einleitung/Zielsetzung - Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen ...

Brandenburgische Technische Universität Cottbus 

Fakultät 3 – Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftingenieurwesen 

Lehrstuhl für 

Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe 

Experimentelle Prüfstandsuntersuchungen 

an einem Einzylindermotor 

beim Betrieb mit verschiedenen Mischkraftstoffen 

Studienarbeit 

von 

cand.-Ing. Rodion Wagner 

Cottbus, Dezember 2006 

Vorgelegt am Lehrstuhl für 

Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe 

Univ.-Prof. Dr.- Ing. H. P. Berg 

Betreuer: Dipl.- Ing. Oleksiy Antoshkiv

Inhaltsverzeichnis Lehrstuhl VFA 

Inhaltsverzeichnis 

Abkürzungen/Formelzeichen .................................................................................................. 2 

Abbildungsverzeichnis............................................................................................................. 4 

Tabelleverzeichnis .................................................................................................................... 6 

1. Einleitung/Zielsetzung ..................................................................................................... 7 

2. Ottomotorische Verbrennung ......................................................................................... 8 

2.1 Motorischer Arbeitsprozess und seine wichtigen Kenngrößen........................................ 8 

2.1.1 Energieumwandlung im Viertaktprozess .................................................................. 8 

2.1.2 Ventilöffnungsdauer und Ventilsteuerdiagramm.................................................... 12 

2.1.3 Einfluss der Steuerzeiten......................................................................................... 13 

2.2 Zündung und Verbrennung im Motor ............................................................................ 14 

2.2.1 Beeinflussung der Verbrennungsablauf durch den Zündzeitpunkt......................... 15 

2.2.2 Klopfende Verbrennung.......................................................................................... 16 

2.2.3 Einfluss des ZZP auf die klopfende Verbrennung .................................................. 17 

2.3 Gemischbildung im Vergasermotor ............................................................................... 18 

2.3.1 Vergaserprinzip ....................................................................................................... 18 

2.3.2 Schiebervergaser ..................................................................................................... 20 

3. Alternative Kraftstoffen ................................................................................................ 21 

3.1 Rapsöl als Kraftstoff....................................................................................................... 22 

3.1.1 Herstellung von Pflanzenöle ................................................................................... 22 

3.1.2 Eigenschaften des Rapsöls ...................................................................................... 22 

3.2 Alkoholkraftstoffe: Methanol und Ethanol .................................................................... 27 

3.2.1 Herstellung von Ethanol.......................................................................................... 27 

3.2.2 Methanolherstellung................................................................................................ 28 

3.2.3 Aktuelle Einsatz von Alkoholkraftstoffen............................................................... 30 

3.2.4 Eigenschaften von Alkoholen ................................................................................. 32 

4. Versuchsaufbau .............................................................................................................. 38 

4.1 Aufbau des Motorprüfstands.......................................................................................... 38 

4.1.1 Versuchsmotor ........................................................................................................ 38 

4.1.2 Konstruktive Änderungen an der Brennraumgeometrie ......................................... 43 

4.2 Prüfstandsaufbau ............................................................................................................ 44 

4.2.1 Wirbelstrombremse ................................................................................................. 46 

4.2.2 Motorleistungsmessung........................................................................................... 48 

5. Ergebnisse der Untersuchungen am Motorprüfstand ................................................ 49 

5.1 Benzin-Dieselkraftstoff-Mischungen............................................................................. 49 

5.2 Benzin-Rapsöl-Mischungen........................................................................................... 52 

5.3 Benzin-Ethanol-Mischungen.......................................................................................... 55 

5.4 Benzin-Methanol-Mischungen....................................................................................... 57 

6. Interpretation des Ergebnisses...................................................................................... 59 

7. Zusammenfassung.......................................................................................................... 63 

8. Literaturverzeichnis....................................................................................................... 65 

Anhang 

Erstellt von Rodion Wagner 2

Abkürzungen/Formelzeichen Lehrstuhl VFA 

Abkürzungen 

Aö Auslaß öffnet 

As Auslaß schließt 

CZ Cetan-Zahl 

Eö Einlaß öffnet 

Es Einlaßt schließt 

KW Kurbelwinkel 

MOZ Motor-Oktan-Zahl 

OZ Oktan-Zahl 

OT oberer Totpunkt 

ROZ Research-Oktan-Zahl 

UT untere Totpunkt 

ZV Zündverzung 

ZZP Zündzeitpunkt 

Formelzeichen 

E Energie [kJ] 

HG Gemischheizwert [kJ/m 3 ] 

HU untere Heizwert [kJ/kg] 

LSt stöchiometrische Luftmenge [-] 

Md Motordrehmoment [Nm] 

m Masse [kg] 

n Drehzahl [min-1] 

P Leistung [kW] 

p Druck [bar] 

T Temperatur [°C] 

ε Verdichtungsverhältnis [-] 

η Wirkungsgrad [%] 

λ Luftverhältnis [-] 

ν kinematische Viskosität [m 2 /s] 

ρ Dichte [kg/m 3 ] 

ω Winkelgeschwindigkeit [s -1 ] 


Abbildungsverzeichnis Lehrstuhl VFA 

Abbildungsverzeichnis 

Abbildung 2.1: Schema der Energiewandlung im Motor ......................................................... 8 

Abbildung 2.2: Viertakt-Arbeitsprozess beim Ottomotor ....................................................... 10 

Abbildung 2.3: p-V-Diagramm des Viertakt-Arbeitsprozesess .............................................. 11 

Abbildung 2.4: Ventilsteuerung beim 4-Taktmotor ................................................................ 12 

Abbildung 2.5: Steuerdiagramm ............................................................................................. 13 

Abbildung 2.6: Leistung und Drehmoment bei verschiedenen Einlaßsteuerzeiten ................ 14 

Abbildung 2.7: Druckverlauf während der Verbrennung ...................................................... 15 

Abbildung 2.8: Einfluss des Zündwinkels auf den Druckverlauf .......................................... 16 

Abbildung 2.9: Schematischer Ablauf und Flammenforschritt bei normaler und klopfender 

Verbrennung .................................................................................................................... 17 

Abbildung 2.10: Druckverläufe aus geschleppten und gefeuerten Motor für verschiedene 

Zündzeitpunkte ................................................................................................................ 18 

Abbildung 2.11: Funktionsprinzip des Vergasers ................................................................... 19 

Abbildung 2.12: Schiebervergaser ......................................................................................... 20 

Abbildung 3.1: Automobile-Bestandsentwicklung ................................................................. 21 

Abbildung 3.2: Energieressourcen für Kraftfahrzeugantriebe ................................................ 21 

Abbildung 3.3: Einfluss der Zumischung verschiedener Kraftstoffe auf Dichte des Rapsöles23 

Abbildung 3.4: Einfluss der Zumischung verschiedener Kraftstoffe auf Flammpunkt der 

Rapsölmischungen ........................................................................................................... 23 

Abbildung 3.5: Abhängigkeit kinematische Viskosität des Rapsöles von Temperatur .......... 25 

Abbildung 3.6:Einfluss der Zumischung verschiedener Kraftstoffe auf kinematische 

Viskosität der Rapsölmischungen .................................................................................... 25 

Abbildung 3.7: Aggregatzustand von Rapsöl bei Tieferen Temperaturen .............................. 26 

Abbildung 3.8:Schema der Alkoholherstellung aus zuckerhaltiger Biomasse ........................ 28 

Abbildung 3.9: Methanolherstellung mit kombinierte Reformierung .................................... 29 

Abbildung 3.10: Alkohole: Methanol, Ethanol – Gemischbildung und Motorspezifika ........ 31 

Abbildung 3.11: Strukturformel von Methanol und Ethanol .................................................. 33 

Abbildung 3.12: Dampfdruck über Temperatur für Ottokraftstoffe und Alkohole ................ 35 

Abbildung 4.1:Schnittbild 1-Zylinder-Versuchsmotor Typ 504 von ROTAX ....................... 39 

Abbildung 4.2: Vergaser BING Typ 54................................................................................... 42 

Abbildung 4.3:Stahlplatte......................................................................................................... 43 

Abbildung 4.4: Spanneinrichtung: ....................................................................................... 44 

Abbildung 4.5: Gelenkwelle .................................................................................................... 44 

Abbildung 4.6: Schematische Darstellung des Prüfstandsaufbau............................................ 45 

Abbildung 4.7: Abgasanlage.................................................................................................... 45 

Abbildung 4.8: Prüfstandsaufbau (Original)............................................................................ 46 

Abbildung 4.9: Wirbelstrombremse WS 230( Fa. Schenk) ..................................................... 47 

Abbildung 4.10: Stellglied ....................................................................................................... 47 

Abbildung 5.1: Vollastkurven mit Verdichtung ε = 5,2 bei Betrieb mit Benzin- 

Dieselmischungen im Vergleich zu Benzin ..................................................................... 50 


Dieselmischungen im Vergleich zum Benzin .................................................................. 50 

Abbildung 5.3: Änderung der Leistung durch die Zumischung von Diesel, Vollast 7000 min -1 , 

.......................................................................................................................................... 51 


.......................................................................................................................................... 51 

Abbildung 5.5: Kinematische Viskosität ................................................................................ 52 


Rapsölmischungen im Vergleich zu Benzin .................................................................... 53 


Abbildungsverzeichnis Lehrstuhl VFA 


Rapsölmischungen im Vergleich zu Benzin .................................................................... 53 

Abbildung 5.8: Änderung der Leistung durch die Zumischung von Rapsöl, Vollast 7000 min - 

1 ,........................................................................................................................................ 54 

Abbildung 5.9: Änderung der Leistung durch die Zumischung von Rapsöl, Vollast 7000 min - 

1 ,........................................................................................................................................ 54 


Ethanolmischungen im Vergleich zu Benzin................................................................... 55 

Abbildung 5.11: Änderung der Leistung durch die Zumischung von Ethanol, Vollast 7000 

min -1 , ................................................................................................................................ 56 


Ethanolmischungen im Vergleich zu Benzin................................................................... 56 

Abbildung 5.13: Verwendetes Methanol ................................................................................. 57 

Abbildung 5.14: Verwendetes Ethanol .................................................................................... 57 


Methanolmischungen im Vergleich zu Benzin ................................................................ 58 


Methanolmischungen im Vergleich zu Benzin ................................................................ 58 

Abbildung 6.1: Vollastkurve verschiedener Mischkraftstoffen im Vergleich zu Benzin........ 59 

Abbildung 6.2: Phasentrennung bei Benzin-Rapsöl-Mischung ............................................... 60 

Abbildung 6.3: Leistung des Motors bei 7000 min -1 , Vollast (ε =5,2) .................................... 60 

Abbildung 6.4: Leistung des Motors bei 7000 min -1 , Vollast (ε =9,2) .................................... 61 

Abbildung 6.5: Betriebsverhalten von Mischkraftstoffen im Vergleich zu Benzin................. 61 


Tabellenverzeichnis Lehrstuhl VFA 

Tabelleverzeichnis 

Tabelle 3.1:Vergleich wichtiger Eigenschaften von Diesel und Rapsöl ................................. 24 

Tabelle 3.2: Kraftstoffeigenschaften des Rapsöles .................................................................. 27 

Tabelle 3.3: Heizwerte von Alkoholen im Vergleich zu Ottokraftstoff .................................. 33 

Tabelle 3.4: Luftbedarf von Alkoholen im Vergleich zu Ottokraftstoff .................................. 34 

Tabelle 3.5: Gemischheizwert von Alkoholen im Vergleich zu Ottokraftstoff ....................... 34 

Tabelle 3.6:Verdampfungswärme von Alkoholen im Vergleich zu Ottokraftstoff ................. 34 

Tabelle 3.7: Zündtemperaturen ................................................................................................ 35 

Tabelle 3.8: Zündgrenzen ........................................................................................................ 36 

Tabelle 3.9: Klopffestigkeit von Alkoholen ............................................................................ 36 

Tabelle 3.10: Stoffwerte von Alkoholen und Otto- bzw. Dieselkraftstoff .............................. 37 

Tabelle 4.1: Technische Daten des Versuchsmotors................................................................ 39 

Tabelle 4.2: Getriebeabstufung ................................................................................................ 40 

Tabelle 4.3: Ventilsteuerung .................................................................................................... 41 

Tabelle 4.4:Zündanlage............................................................................................................ 41 

Tabelle 4.5: Technische Daten des Vergasers Fa. BING Typ 54 ............................................ 42 

Tabelle 4.6: Leistungsdaten der Wirbelstrombremse(Fa. Schenk) .......................................... 47 

Tabelle 4.7: Bezugsstandart für Druck po und Temperatur To der Ansaugluft ........................ 48 

Tabelle 5.1: Übersicht der verwendeten Mischkraftstoffe ....................................................... 49 


1.Einleitung/Zielsetzung Lehrstuhl VFA 

1. Einleitung/Zielsetzung 

Die Ereignisse der vergangenen Jahre haben uns gezeigt, wie sehr unser heutiges Leben von 

den Erdölprodukten abhängig ist. Die Verfügbarkeit und der Preis dieses Rohstoffes spielen 

eine große Rolle in der Wirtschaft verschiedener Länder. Die Ölvorräte der Welt sind 

ungleichmäßig verteilt. Die Entwicklung der Alternativkraftstoffe wird das Risiko von 

politischer Erpressbarkeit verringern. 

Zur Zeit sind die Preise für das Öl sehr hoch ( die liegen ca. 70 $ für Barrel ), 

und sie werden weiter steigen, da die Mineralölvorräte der Welt sehr knapp geworden sind. 

Bei dem jetzigen Verbrauch wäre der Bedarf, aufgrund der vorhandenen und der noch 

geschätzten Erdölreserven, für etwa 30-40 Jahren gedeckt 1 . 

Deswegen ist es notwendig eine Alternative zu diesem Energieträger zu finden, um diese 

einseitige Abhängigkeit zu minimieren. Dies ist besonders wichtig für den Straßenverkehr, 

der heute fast ausschließlich vom Erdölprodukten betrieben wird. 

In dieser Studienarbeit sollen verschiedene Mischkraftstoffe am Motorprüfstand untersucht 

werden. Die Hauptaufgabe dieser Studienarbeit soll darin bestehen, das Mischungsverhältnis 

von Benzin mit Alternativkraftstoff, bei denen noch normale Ottomotorische Verbrennung 

möglicht ist, zu bestimmen und dabei die Leistungsverhalten des Versuchsmotors bei Vollast 

zu betrachten. 

1 vergleiche auch C. Stan: Alternative Antriebe für Automobile, S. 8 


2.Ottomotorische Verbrennung Lehrstuhl VFA 

2. Ottomotorische Verbrennung 

2.1 Motorischer Arbeitsprozess und seine wichtigen Kenngrößen 

Für die chemische Umsetzung des Kraftstoffes wird Sauerstoff benötigt. Beim Ottomotor 

wird der Kraftstoff außerhalb des Brennraums der Luft zugeführt, bei unserem Versuchsmotor 

erfolgt die Gemischbildung mittels Vergasers. Die Lastregelung des Motors geschieht 

quantitativ, d.h. Luft und Brennstoff liegen immer im selben Mischungsverhältnis (Lst = 14,7) 

vor, die Last wird durch die Menge des Gemisches eingestellt. 

Das Gemischbildungsprozess hat die Aufgabe, eine für das jeweiligen Brennverfahren 

optimale Gemischverteilung zu erzeugen, z.B. ein homogenes Gemisch für das normale 

Brennverfahren und eine sogenannte Schichtladung beim Magerbrennverfahren. Beim Otto- 

Verfahren stehen zwei Arbeitstakte, der Ansaug- und der Verdichtungstakt, für die 

Gemischbildung zur Verfügung. Der flüssig zugeführte Brennstoff muss erst vollständig 

verdampfen und der Brennstoffdampf sich anschließend mit der Verbrennungsluft mischen. 

Der Brennstoff kann nur dann vollständig verbrennen, wenn das örtliche Luftverhältnis des 

Luft-Brennstoff-Gemisches gleich oder größer als eins ist. 2 

2.1.1 Energieumwandlung im Viertaktprozess 

Abbildung 2.1: Schema der Energiewandlung im Motor [3] 

Dem Motor wird mit dem Benzin-Luft-Gemisch Energie zugeführt (Abb.3.1), und er gibt 

nach Energiewandlung Nutzarbeit ab. In der Realität kann die Umwandlung der chemischen 

Energie nicht vollständig geschehen. Die Verluste der Energieumwandlung kennzeichnet der 

2 vergleiche auch G.P.Merker/G.Stiech: Motorische Verbrennung,S.16 



Prozesswirkungsgrad η, der das Verhältnis von abgegebener mechanischer Arbeit zur 

zugeführten Energie angibt. 

Die Verluste im Verbrennungsmotor entstehen durch: 

- unvollständige Verbrennung 

- die Wärmeabgabe an die Umgebung (Kühlung und Abgaswärme) 

- die Art der Verbrennungsprozessführung 

- mechanische Reibung. 

Der Energiewandlungsprozess im Motor lässt sich mit folgender Formel beschreiben: 

W = ( HKr * mKr * η ) – Wreib (2.1) 

W Arbeit an der Kurbelwelle [ J ] 

HKr 

Heizwert des Kraftstoffes [ J/g ] 

mKr - zugeführte Kraftstoffmasse [ g ] 

η - Prozesswirkungsgrad 

Wreib - Mechanische Reibarbeit im Motor [ J ] 

Die zugeführte chemische Energie resultiert sich aus dem Produkt von Heizwert und 

Kraftstoffmasse. 3 

3 vergleiche auch J.Stoffregen: Motorradtechnik,S.20 



Abbildung 2.2: Viertakt-Arbeitsprozess beim Ottomotor [2] 

Beim Viertaktverfahren werden für die Arbeit jeweils zwei Umdrehungen der Kurbellwelle 

benötigt. Der Prozess beginnt mit dem Ansaugen eines Kraftstoff-Luftgemisches. Der Kolben 

geht aus oberste Position ( obere Totpunkt OT ) nach unten. Das Gemisch strömt über das 

Eilaßventil in den Brennraum, das über eine von der Kurbelwelle angetriebene Nockenwelle 

geöffnet wird. Wenn der Kolben seine unterste Position ( untere Totpunkt ) erreicht, schließt 

das Einlassventil und der Kolben verdichtet das angesaugte Kraftstoff-Luftgemisch bei 

seinem Aufwärtsgang. Kurz von dem OT wird mit Hilfe einer Zündkerze die Entflammung 

des Gemisches erfolgen. Der Kolben bewegt sich weiter und überschreitet den OT. Die 

Verbrennung breitet sich explosionsartig im Brennraum aus, so dass beim Abwärtsgang des 

Kolbens der Explosionsdruck auf den Kolben wirkt. Es wird dabei Arbeit geleistet, indem der 

Gasdruck über den Kolben und das Pleuel auf die Kurbellwelle wirkt und diese antreibt. Beim 

Erreichen des UT wird das Auslassventil geöffnet, und das verbrannte Abgas wird beim 

Aufwärtsgang des Kolben aus dem Zylinder ausgeschoben. Damit ist der Arbeitszyklus 

beendet, und der Prozess kann wiederholt werden 



Abbildung 2.3: p-V-Diagramm des Viertakt-Arbeitsprozesses [2] 

Der reale Prozess kann anhand der vier Takte über den Druckverlauf im Zylinder in einem p- 

V-Diagramm dargestellt werden. Dabei wird über dem Hubvolumen, das proportional zur 

Kurbelwellenstellung ist, der jeweils im Zylinder herrschender Druck aufgetragen. Beim 

Ansaugvorgang erzeugt der abwärtsgehende Kolben einen geringeren Unterdruck im 

Zylinder, weil im Ansaugrohr die Strömungswiderstände auftreten, die dem Kraftstoff- 

Luftgemisch drosseln. Für den Ansaugvorgang wird die Arbeit aufgebracht. Beim 

Ausschieben des Abgases tritt einen Überdruck auf, weil das Auslassventil auch eine 

Drosselstelle darstellt und im Abgasrohr ein Gegendruck herrscht. Also, das Ausschieben 

bedeutet auch einen Arbeitsaufwand. Beide Arbeitsaufwände werden als 

Ladungswechselarbeit benannt und sind im p-V-Diagramm durch die schmale Fläche der 

Ladungswechselschleife gekennzeichnet. Je größer die Strömungswiderstände beim 

Ansaugen und Ausschieben werden, um so größer wird der Arbeitsaufwand für den 

Ladungswechsel. 

Der Flächeinhalt der sogenannten Hochdruckschleife ist das Maß für die Arbeit, die aus 

Verbrennung gewonnen wird. Man erkennt, dass der Arbeitsgewinn um so größer wird, je 

größer der Verbrennungsdruck ausfällt. 

Wt = WHD - WLS (2.2) 

Wt nutzbare Arbeit 

WHD Arbeit der Hochdruckschleife 

WLS Ladungswechselarbeit 



Die nutzbare Arbeit an der Kurbelwelle ergibt sich durch Abzug der Ladungswechselarbeit 

vom Arbeitsgewinn des Hochdruckprozesses. 

Aus dem p-V-Diagramm sieht man, dass die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Ventile 

nicht genau in den Totpunkten liegen. Der Grund dafür sind Eigenschaften der 

Ventilsteuerung und die Ausnutzung von gasdynamischen Effekten. In dem Abschnitt 2.1.2 

wird darauf ausführlich eingegangen. Mit der früheren Ventilöffnungszeit, d.h. einige Zeit 

vor dem UT, wird der Arbeitsprozess beendet . Durch den Druckabfall, der sich bei 

Ventilöffnung sofort einstellt, ergibt sich ein Verlust an Arbeit ( Expansionsarbeit ). 4 

2.1.2 Ventilöffnungsdauer und Ventilsteuerdiagramm 

Der Ladungswechsel im Motor wird durch den Ansaug- bzw. Ausschubhub des Kolbens 

bewirkt. 

Abbildung 2.4: Ventilsteuerung beim 4-Taktmotor [2] 

Die Gaswechselsteuerung über nockenbetätigte Ventile beim Viertaktmotor, Abb.3.4, 

erfordert große Öffnungsquerschnitte und Öffnungszeiten für die Ventile, die an den Ansaug- 

und Ausschubvorgang und die Drehzahl angepasst sind. Den Verlauf der Ventilöffnung in 

Relation zur Kurbelwellenstellung für einen kompletten Arbeitszyklus von 720° 

Kurbelwinkel zeigt das Ventilsteuerdiagramm, Abb. 2.5. 

4 J.Stoffregen:Motorradtechnik,S.33 



Abbildung 2.5: Steuerdiagramm [2] 

Die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Ventile liegen nicht in, sondern vor bzw. nach den 

jeweiligen Totpunkten. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass die Ventile schon weit 

geöffnet sind, wenn der Kolben in den Totpunkten mit seine Ausschub- bzw. 

Ansaugbewegung beginnt. Der größte Öffnungsquerschnitt der Ventile wird ca. in der Mitte 

des Kolbenwegs, im Bereich max. Kolbengeschwindigkeit und damit beim größtem 

Volumenstrom, erreicht. Die Abb.3.5 zeigte, dass bei noch offenem Auslassventil bereits das 

Einlassventil geöffnet wird ( Ventilüberschneidung ). Die Abgasströmung übt eine 

Rückwirkung auf die Einlassseite aus. Dieser Vorgang unterstützt die Ausspülung des 

Abgasrestes im Brennraum, der beim Ausschieben nicht erfasst wird. 

2.1.3 Einfluss der Steuerzeiten 

Die Steuerzeiten der Ventile werden beeinflusst durch die Leistung- und 

Drehmomentcharakteristik des Motors. Den größten Einfluss auf die Leistung und das 

Drehmoment des Motors hat der Schließzeitpunkt des Einlassventils (E.s.). Die Auswirkungen 

der Steuerzeiten im realen Motorbetrieb werden in der Abb.3.6. gezeigt. 

Die längere Öffnungszeit mit späterem Einlassschluss verschiebt das Drehmomentmaximum 

des Motors hin zu höheren Drehzahlen, woraus eine höhere Leistung im oberen 



Drehzahlbereich erfolgt. Gleichzeitig fällt im unteren Drehzahlbereich das Drehmoment 

deutlich ab. 

Abbildung 2.6: Leistung und Drehmoment bei verschiedenen Einlaßsteuerzeiten [2] 

Der Motor beim Betrieb mit Alkoholkraftstoffen benötigt aufgrund des geringen Heizwerts 

von Alkoholen größere Kraftstoffmengen für die gleiche Leistungsausbeute, im Vergleich zu 

Benzinbetrieb. Der zunehmende Alkoholanteil in der Benzin-Alkohol-Mischung führt zur 

Erhöhung der Einspritzmenge. Das kann man durch die Anpassung des Einspritzverlaufs 

über die Variation der Steuerzeiten der Ventile realisieren. 

Die Erhöhung der Einspritzmenge führt zu höheren Kraftstoffverbrauch des Motors. 

2.2 Zündung und Verbrennung im Motor 

Zitat: ,, Die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs wird durch die Zündung 

eingeleitet.” [11] Die Zündung eines Gemisches im Ottomotor erfolgt über den Zündfunken 

an der Zündkerze. 

Für die Zündung eines Kraftstoff-Luftgemisches müssen die folgenden drei Zündbedingungen 

erfüllt sein: 

1. Das Gemisch muss im zündfähigen λ-Bereich liegen 



2. Die Zündtemperatur des Gemisches muss mindest an einer Stelle überschritten sein. 

Das geschieht über die Einleitung des Zündfunkens an der Zündkerze. 

3. Die aus der Verbrennung freiwerdende Wärme soll größer sein, als die Wärme an das 

Gemisch und an die Umgebung. 

Die gesamte Verbrennung im Ottomotor lässt sich in zwei unterschiedliche Phasen einteilen. 

Die erste Phase wird als Entflammungsphase bezeichnet. Sie leitet die eigentliche 

Verbrennung ein, und beginnt mit der Auslösung der Zündung und dem Funkenüberschlag an 

der Zündkerze. 

Die Zweite Phase wird als Umsetzungsphase bezeichnet. Sie wird durch den ersten messbaren 

Anstieg des Verbrennungsdruckes angezeigt. Dieser kennzeichnet den eigentlichen 

Brennbeginn. Während dieser Phase erfolgt die Verbrennung, die durch die schnelle 

Flammenausbreitung gekennzeichnet ist. 

2.2.1 Beeinflussung der Verbrennungsablauf durch den Zündzeitpunkt 

Um eine vollständige Energieumwandlung im Motor zu erzielen, muss die Verbrennung in 

der Umsetzungsphase sehr schnell ablaufen. Das Druckmaximum muss kurz nach dem OT 

liegen, nur so kann man den vollen Brennraumdruck ab Beginn der Expansion 

ausnutzen.Abb.2.7 

Abbildung 2.7: Druckverlauf während der Verbrennung [5] 

Bei zu frühem Druckmaximum (vor dem OT) würde der aufwärtsgehende Kolben vom 

Zylinderdruck abgebremst werden, bei zu spätem würde dieser bereits während der 



Verbrennung wieder expandieren ( ab dem OT) und damit der Spitzendruck und der nutzbare 

Expansionsweg geringer werden. Der Zündzeitpunkt muss richtig angepasst sein. 

Abbildung 2.8: Einfluss des Zündwinkels auf den Druckverlauf [3] 

Abb.2.8 zeigte, das die Verschiebung des ZZP nach ,,spät“, d.h. näher in Richtung den OT, 

eine Verringerung des Verbrennungsdruckes bewirkt, und als Folge kommt es zum 

Leistungsabfall des Motors. 

2.2.2 Klopfende Verbrennung 

Zitat: ,, Bei sehr rascher, schlagartiger Verbrennung des Kraftstoffs im Motorzylinder ist beim 

Ottomotor ein hell klingendes und beim Dieselmotor ein hart klopfendes Geräusch zu 

vernehmen. Man sagt daher auch, der Ottomotor ,,klingelt“ und der Dieselmotor ,,nagelt“. 

Das Klopfgeräusch entsteht dadurch, dass starke Druckwelle auf Zylinder, Zylinderkopf und 

Kolben auftreten und dort ähnlich wie Hammerschläge wirken.“[11] Typische Schäden bei 

der klopfenden Verbrennung sind: verbrannte Auslassventile und Zylinderkopfdichtungen 

sowie durchgeschmolzene Kolben. 

Bei normal verlaufender Verbrennung wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch an der Zündkerze 

gezündet, und die Flamme breitet sich gleichmäßig mit einer mittleren Geschwindigkeit von 

20 m/s in Brennraum aus. Beim Klopfen verbrennt ein Teil des Gemisches schlagartig, 

nachdem zuvor eine normale Verbrennung durch den Zündfunken eingeleitet wurde. Die 

Entflammungs- und Umsetzungsphase verlaufen dabei zunächst vollkommen normal und der 

Druck und die Temperatur des Gases steigen kontinuierlich an. Im noch nicht brennenden 

Gemisch erhöhen sich auch die Temperatur und der Druck, wird dabei die 



Selbstzündungstemperatur an einigen Stellen überschritten, so kommt es zu 

Selbstentflammung, die eine schlagartige Verbrennung des Restgemisches einleitet, siehe 

Abb.2.9. Als Folge entstehen starke Druckwelle im hörbaren Frequenzbereich von 5-15 kHz. 5 

Abbildung 2.9: Schematischer Ablauf und Flammenforschritt bei normaler und klopfender Verbrennung [2] 

Das Klopfen wird begünstigt durch: 

- niedrige Oktanzahl des Kraftstoffs 

- (zu) frühen ZZP 

- große Brennräume und nicht –zentrale Zündkerzenlage 

- unzureichende Kühlung und heiße Stellen im Brennraum 

- hohe Verdichtung 

- hohe Ansauglufttemperatur 

- 

2.2.3 Einfluss des ZZP auf die klopfende Verbrennung 

Die Abb.2.10 zeigt Druckverläufe im Motor für geschleppten und gefeuerten Betrieb mit 

verschiedenen Zündzeitpunkten. Man erkennt, dass mit zunehmender früherer Zündung die 

Drücke im oberen Totpunkt ansteigen. Ab einem Zündzeitpunkt von 153° Kurbelwinkel sind 

hochfrequente Druckschwingungen zu erkennen, deren Amplitude mit frührem ZZP zunimmt. 

Die Brennraumresonanzen, mit denen auch entsprechende Schwingungen in der 

Strömungsgeschwindigkeit einhergehen, werden vom eigentlichem Klopfvorgang angeregt 

und bleiben relativ lange existent. 

5 vergleiche auch H.Breitbach: Experimentelle Untersuchung zu den Ursachen von 

Materialschäden bei klopfender Verbrennung, S.7 



Beim Versuchsmotor wird die Verdichtung auf ε = 5,2 verringert, die serienmäßige ZZP 

Einstellung wird dabei nicht verändert ( unbeeinflussbar 3° v. O.T. bei 1.500 U/min, 

Verstellung kontinuierlich ab 2.000 U/min auf 29° v. O.T. bei 6.000 U/min). 

Abbildung 2.10: Druckverläufe aus geschleppten und gefeuerten Motor für verschiedene Zündzeitpunkte [5] 

2.3 Gemischbildung im Vergasermotor 

Alle heutigen Ottomotoren verbrennen Kraftstoff-Luftgemische, die außerhalb des Motors 

aufbereitet werden. Als Gemischbildungssysteme haben sich beim Motorradmotoren 

verschiedene Bauarten von Vergasern angepasst. Der Vergaser ist beim Motorrad zurzeit das 

am weitesten verbreitete Gemischbildungssystem. 

2.3.1 Vergaserprinzip 

Zitat: ,, Der Vergaser trägt seinen Namen eigentlich zu Unrecht, denn es findet in ihm in 

erster Linie eine Verneblung oder Zerstäubung des Kraftstoffs statt.“[1] Früher gab es die 

wirklichen Vergaser, in denen der Sauerstoff nur mit dampfförmigem Kraftstoff vermischt 

wurde. Solcher Vergaser nennt man Oberflächenvergaser und die heutigen Vergaser sollte 

eigentlich Zerstäuber heißen. 6 

Aus der Abb.2.11 sind folgende Vergaserbauteile ersichtlich: der Luftrichter, die 

Schwimmkammer, die Kraftstoffdüse und die Drosselklappe. 

6 vergleiche auch H.Grohe: Otto- und Dieselmotoren,S.75 



Die Funktion des Vergasers beruht auf dem Prinzip des Venturirohres, mit dem durch eine 

Querschnittsverengung in einer Strömung eine Erhöhung die Strömungsgeschwindigkeit und 

daraus resultierend ein Unterdruck erzeugt wird. 

Der Unterdruck im Luftrichter wirkt an der Düse und saugt Kraftstoff an, der von Luftstrom 

mitgerissen und fein zerstäubt wird. Die Drosselklappe reguliert die zum Motor gelangende 

Gemischmenge. 

Abbildung 2.11: Funktionsprinzip des Vergasers [2] 

Je nach Gasgriffstellung verändert sich der Gesamtquerschnitt im Vergaser und lässt damit 

die gewünschte Menge Kraftstoff-Luft-Gemisches zum Motor durch. 

Die Funktion der Schwimmkammer ist für das Mischungsverhältnis wichtig. Da der 

Kraftstofftank höher als der Vergaser liegt, muss die Kraftstoffzufuhr zum Vergaser in der 

Schwimmkammer reguliert werden. Dies geschieht durch ein Nadelventil, das vom 

Schwimmer je nach Kraftstoffstand in der Schwimmkammer geöffnet oder geschlossen wird. 

Der Vergaser ist vom Wirkprinzip her selbst regulierend. 



2.3.2 Schiebervergaser 

Abbildung 2.12: Schiebervergaser [2] 

Der Schiebervergaser wird vorwiegend in Vergaser für Motorradmotoren eingebaut. Bei 

Änderung der Schieberstellung bleibt die Luftgeschwindigkeit ungefähr konstant. Dadurch ist 

die Kraftstoffzerstäubung bei allen Drehzahlen und Belastungen gleichmäßig gut. 

Eine Besonderheit des Schiebervergasers soll erwähnt werden. Der resultierende Anstieg des 

Unterdrucks, infolge einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, vergrößert bei 

konstantem Hauptdüsenquerschnitt die angesaugte Kraftstoffmenge. Wegen der einsetzenden 

Luftstromdrosselung führt dies zu einer Überfettung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. 

Deswegen ist bei allem Schiebervergaser eine konisch geformte Düsennadel am Luftschieber 

angebracht, die in den Hauptdüsenstock eingebaut ist. 7 Bei schließendem Schieber verkleinert 

sich der Austrittsquerschnitt für den Kraftstoff entsprechend der Verringerung des Luftstroms. 

Siehe dazu Abb.2.12 

7 vergleiche auch J.Stoffregen: Motorradtechnik,S.169 


3.Alternative Kraftstoffen Lehrstuhl VFA 

3. Alternative Kraftstoffen 

Warum benötigen wir alternative Kraftstoffe? Weil die vergangenen Jahre gekennzeichnet 

waren von einem rasch wachsendem Bedarf an Rohstoffe und Energie. 

Der weltweite Anstieg der Automobilproduktion ist auch mit einem größerem Energiebedarf 

verbunden. Die Abb.3.1 zeigt die Tendenz anhand der Bestandsprognosen für Automobile. 

Abbildung 3.1: Automobile-Bestandsentwicklung [1] 

Die Abb.3.2 zeigte die verfügbare und alternative Energieressourcen für 

Kraftfahrzeugantriebe. 

Abbildung 3.2: Energieressourcen für Kraftfahrzeugantriebe [1] 



Bei jetzigem Erdölverbrauch wäre der Bedarf aufgrund der vorhandenen und der noch 

geschätzten Erdölreserven für etwa 30-40 Jahre gedeckt. Die Verfügbarkeit von Pflanzen und 

Biomasse ist durch ihre Funktion, als Speicher und Wandler der aufgenommenen 

Sonnenenergie, unbegrenzt. Ihre Nutzung kann ohne große technische Schwierigkeiten in 

Ottomotoren –Alkohole wie Ethanol und Methan, und in Dieselmotoren –Öle aus Raps, 

Kokos, Soja, Palmen und anderen Pflanzen erfolgen. 8 

3.1 Rapsöl als Kraftstoff 

Die Verwendung von Pflanzenölen als Kraftstoff für Dieselmotoren ist zurzeit keine 

Neuigkeit. 

Die Pflanzenöle können als Beimischung zum Dieselkraftstoff eingesetzt werden. Ein 

Beispiel dafür ist der Kraftstoff der Firma Tessol, die eine Mischung aus 80% Rapsöl, 14% 

Testbenzin und 6% Alkohol herstellt. 9 Der Kraftstoff hat die Eigenschaften von Diesel, eine 

Änderung der Leistung wurde nicht festgestellt. In dieser Studienarbeit wird Rapsöl als 

Beimischung zu Benzinkraftstoff bei Ottomotorischer Verbrennung experimentell untersucht. 

3.1.1 Herstellung von Pflanzenöle 

Die Pflanzenöle als Kraftstoffe können aus den verschiedenen Pflanzen gewonnen werden, 

zum Beispiel aus: Raps, Rüben, Sonnenblumen, Öl- und Kokospalmen, Erdnüssen und 

Sojabohnen. Die Pflanzenöle werden durch das Auspressen von stark ölhaltigen 

Pflanzenteilen gewonnen. Allgemein wird eine Raffination vorgenommen, um 

Fettbegleitstoffe zu entfernen. Durch eine anschließende Entschleimung werden Phosphattide 

sowie Schleim- und Trübstoffe entfernt. Bei der nachfolgenden Entsäuerung werden freie 

Fettsäuren entfernt, die gegenüber metallischen Flächen korrosiv wirken. 

3.1.2 Eigenschaften des Rapsöls 

Dichte 

Die Dichte ρ ist eine zur physikalischen Beschreibung von Flüssigkeiten unverzichtbare 

Größe und gibt das Verhältnis der Masse m zum Volumen V. Aufgrund der 

Temperaturenabhängigkeit der Dichte muss bei bestimmter Messtemperatur aufgenommen 

werden (für Kraftstoffe 15° C beträgt 10 Die Dichte ist weitgehend genetisch fixiert und dient 

zur Unterscheidung verschiedener Pflanzenöle. Rapsöl weist eine Dichte von 920 kg/m 3 bei 

8 vergleiche auch C.Stan: Alternative Antriebe für Automobile,S.8 

9 Kaltschmitt: Energie aus Biomasse, S.563 

10 ,, Bestimmung der Dichte“ Ausg. April 1994 ,Hrsg. Deutsche Institut für Normierung 



15 °C auf. Aus der Dichte lassen sich Rückschlüsse auf den Heizwert und die Zündwilligkeit 

der Pflanzenöle ziehen. 

Abbildung 3.3: Einfluss der Zumischung verschiedener Kraftstoffe auf Dichte des Rapsöles [11] 

Flammpunkt 

Der Flammpunkt ist die Temperatur, bei der entflammbaren Dämpfe gebildet werden. Rapsöl 

weist einen Flammpunkt von ca. 230 °C auf, der eine hohe Lagerungs- und 

Transportsicherheit gewährleistet. Deshalb werden Pflanzenöle keiner Gefahrenklasse gemäß 

der Verordnung brennbarer Flüssigkeiten (VbF) zugeordnet. 11 Der Flammpunkt dient auch 

zur Identifizierung von Beimischung anderer Kraftstoffe. 

Abbildung 3.4: Einfluss der Zumischung verschiedener Kraftstoffe auf Flammpunkt der Rapsölmischungen [11] 

11 Verordnung über brennbare Flüssigkeiten-VbF.Fassung vom 13.Dezember 1996(BGBl. IS 

1938, 1997 S.447). 



Wie in der Abb.3.3 zusehen ist, bewirkt eine Zumischung von Diesel oder Benzin eine 

Herabsetzung des Flammpunktes beim Rapsöl. 

Heizwert 

Der Heizwert eines Kraftstoffs beschreibt dessen Energiegehalt. Rapsöl hat einen unteren 

Heizwert (HU) von ca. 36000 bis 39000 kJ/kg, mit einen Mittelwert ca.38200 kJ/kg. Der 

untere Heizwert ist für die Motorleistung und den Kraftstoffverbrauch verantwortlich. Der für 

die motorische Verbrennung relevante volumenbezogene Heizwert ist aufgrund der höheren 

Dichte des Rapsöls nur um 2% geringer als der Heizwert für Diesel.Tab.3.1 

Tabelle 3.1:Vergleich wichtiger Eigenschaften von Diesel und Rapsöl [10] 

Kinematische Viskosität 

Die kinematische Viskosität beträgt für Rapsöl bei 40 °C ca. 35 mm 2 /s und ist ca. 10 mal so 

hoch wie bei Dieselkraftstoff. Eine hohe Viskosität verschlechtert die Fließ- und 

Pumpfähigkeit sowie das Zerstäubungsverhalten des Kraftstoffes. Das kann zu Probleme 

beim Kaltstart führen. Die Viskosität von Rapsöl nimmt mit steigender Temperatur ab und 

erreich bei mehr als 100 °C den Wert von Dieselkraftstoff.(Abb.3.5) 

In der Abb.3.6 sind die Einflusse der verschiedenen Mischungen von Rapsöl mit anderen 

Kraftstoffen auf kinematische Viskosität dargestellt. 

In Rahmen dieser Studienarbeit werden die Mischungen aus Rapsöl und Benzin betrachtet. 

Zum Beispiel bei einer Mischung aus 25% Rapsöl und 75% Benzin (R25) beträgt die 

kinematische Viskosität des Mischkraftstoffes ca. 7 mm 2 /s. 



Abbildung 3.5: Abhängigkeit des kinematischen Viskosität des Rapsöles von Temperatur [e] 

Abbildung 3.6:Einfluss der Zumischung verschiedener Kraftstoffe auf kinematische Viskosität der 

Rapsölmischungen [11] 

Kälteverhalten 

Zur Charakterisierung des Kälteverhaltens von Kraftstoffen stehen verschiedene Kennwerte 

wie Cloudpoint (CP), Pourpoint (PP) oder Cold-Filter-Plugging-Point (CFPP) zu Verfügung. 

Diese Verfahren sind nicht zur Beschreibung des Kälteverhaltens von Pflanzenöl geeignet, da 



der Übergang vom flüssigen in den festen Zustand bei verschiedenen Kraftstoffe sehr 

unterschiedlich erfolgt. Die Prüfverfahren zur Beschreibung des Kälteverhalten von Rapsöl 

kann man mittels eines Rotationsviskosimeters realisieren. 12 

Abbildung 3.7: Aggregatzustand von Rapsöl bei Tieferen Temperaturen [e] 

Wie aus der Abb. 3.7 zu entnehmen ist wird das Rapsöl mit abnehmender Temperatur in 

Abhängigkeit von der Zeit immer fester. 

Zündwilligkeit 

Die Zündwilligkeit (Cetanzahl) kennzeichnet die Neigung eines Kraftstoffes zur 

Selbstentzündung. Die Cetanzahl für Dieselkraftstoff wird in einem Prüfstandsmotor 

ermittelt. Da die Bestimmung der Cetanzahl von Rapsöl im vorgeschriebenen 

Prüfstandsmotor abweichend von den Normbedingungen nicht ohne Ansaugluft- und 

Kraftstoffvorwärmung möglicht ist , sind hierbei auch große Schwankungen festzustellen. Die 

Cetanzahl von Rapsöle liegt in Bereich CZ =33,5...40.[1] 

Koksrückstand 

Der Koksrückstand beschreibt die Tendenz eines Kraftstoffes, bei der Verbrennung 

kohlenstoffhaltige Rückstände zu bilden. Rapsöl weist einen Koksrückstand von etwa 0,3 

Masse-% auf. 

12 ,,Kraftstoffe der Zukunft BBE-Fachkongress für Biokraftstoffe“ 04./05. 

Dezember,Berlin;Tagungsband 



Gesamtverschmutzung 

Die Gesamtverschmutzung beschreibt den Massenanteil ungelöster Fremdstoffe im Kraftstoff. 

Hohe Fremdstoffgehalte im Kraftstoff führen zu Verstopfungen von Filtern und Einspritzdüse 

und Ablagerungen im Brennraum. Die Gesamtverschmutzung beim Rapsöl soll den Bereich 

25-35 mg/kg nicht überschreiten. 

Wassergehalt 

Der Wassergehalt von Rapsöl wird durch die Feuchte der Ölsaat beeinflusst. Bei niedrigen 

Temperaturen kann das im Rapsöl enthaltene Wasser, durch Gefrieren, zu Filterstopfungen 

führen. Es kann zu Schäden an den Pumpen und Düsen kommen. 

Tabelle 3.2: Kraftstoffeigenschaften des Rapsöles 

Dichte bei 15 °C [kg/m 3 ] 920 DIN EN ISO 3675 

Viskosität bei 40 °C [mm 2 /s] 35 DIN EN ISO 3104 

Flammpunkt [°C] 230 DIN EN 22719 

Koksrückstand [Masse-%] 0,3...0,4 DIN EN ISO 10370 

Wassergehalt [mg/kg] bis 0,075 Pr EN ISO 12937 

Gesamtverschmutzung [mg/kg] bis 25 DIN EN 12662 

Zündwilligkeit 34...40 

Heizwert [kJ/kg] 38 200 DIN 51900-3 

Siedebereich [°C] 280...300 

3.2 Alkoholkraftstoffe: Methanol und Ethanol 

3.2.1 Herstellung von Ethanol 

Ethanol ( C2H5OH ) wird hergestellt aus zucker-, stärke- oder cellulosehaltige Biomasse. Der 

Prozess der Alkoholherstellung aus zuckerhaltiger Biomasse ist in der Abb.3.8 dargestellt. 

Aus der zuckerhaltigen Biomasse wird unter Einsatz von mechanischen und thermischen 

Energie der Zucker von der wässriger Lösung getrennt. 



Abbildung 3.8:Schema der Alkoholherstellung aus zuckerhaltiger Biomasse [7] 

Die zu vergärende Zuckerlösung wird in den Gärbehälter, der eine Außenkühlung besitzt, die 

mit Wasserberieselung betrieben wird, gepumpt und mit Hefe versetzt. Nach Abschluss des 

Gärprozesses wird aus der vergorenen Maische, in einem mehrstufigen 

Konzentrationsprozess, der Alkohol angereichert. In der ersten Stufe (Maischekolonne) wird 

bei einfacher Destillation eine Anreichung des Alkohols bis auf eine Konzentration von etwa 

35% erreicht. Gleichzeitig werden am Kopf der Kolonne Leichtsieder abgeschieden. In einer 

zweiten Stufe (Rektifikation) erfolgt die Anreichung des Alkohols auf eine Konzentration von 

ca. 96%. Höhere Konzentrationen sind durch atmosphärische Destillation- 

/Rektifikationsverfahren nicht zu erreichen. Um den absoluten Alkohol zu bekommen, muss 

der Wassergehalt im Ethanol weiter verringert werden. Hierzu wird eine 

Schleppmitteldestillation angewandt, mit Benzol, Cyclohexan oder einem Benzol-/Benzin- 

Gemisch als Schleppmittel. 13 

3.2.2 Methanolherstellung 

Methanol ( CH3OH ) lässt sich auf verschiedene Weise herstellen. Ein heute angewandtes 

Verfahren ist das der Methanolsynthese, die sich einer Synthesegaserzeugung anschließt. 

Anstatt von Erdgas können im Prinzip auch Kohle, Rückstandsöle, Erdöl, Cellulose oder eine 

andere Abfallmasse eingesetzt werden. 

13 vergleiche auch H.Menrad, A.König: Alkoholkraftstoffe,S.40 



Der erste aufwendigste Schritt bei der Herstellung von Methanol ist die Erzeugung von 

Synthesegas ( CO,CO2 und H2), aus Erdgas in Verfahrensschritt der Reformierung: 

CH4 + H2O ↔ CO + 3 H2 

+205 kJ/mol , 

CO + H2O ↔ CO2 

+ H2 – 41 kJ/mol. (3.1) 

Beim Synthesegaserzeugungsverfahren mit kombinierter Reformierung (Abb.3.9) wird nach 

der Entschwefelung ein Teil des Prozessgases in der mit Erdgas beheizten 

Reformierungsanlage bei einer Temperatur von 800 °C und einem Druck von etwa 34 bar 

reformiert. Das Gas wird zusammen mit dem restlichen entschwefelten Erdgas in der 

autothermen Reformierungsanlage bei 960 °C und 33 bar weiter reformiert. Die dafür 

erforderliche Wärme wird zugeführt. 14 

Abbildung 3.9: Methanolherstellung mit kombinierte Reformierung [12] 

In der zweite Phase wird das Synthesegas in einem heterogenen katalysierten 

Reaktionssystem in Methanol und Wasser umgewandelt: 

CO + 2 H2 ↔ CH3OH 

- 91 kJ/mol , 

CO2 + 3 H2 ↔ CH3OH + H2O – 49 kJ/mol . (3.2) 

14 vergleiche auch Höhlein, B./Grube, T./Biedermann, P : Methanol als Energieträger, Schriften des 

Forschungszentrum Jülich GmbH, Reihe Energietechnik, Band 28, S.23 



Die Umwandlung von CO, CO2 und H2 in Methanol und Wasser ist ein exothermer Prozess, 

der bei Temperaturen von 220-280 °C und einen Druck von 40-110 bar abläuft. Am Ende des 

Prozesses wird aus dem Rohmethanol durch Destillation Reinmethanol gewonnen. 

3.2.3 Aktuelle Einsatz von Alkoholkraftstoffen 

Schon zu Beginn der 80er Jahre wurden Motoren entwickelt, die mit Methanol-Benzin- 

Mischkraftstoffen betrieben werden konnten. Am Anfang erhielten diese Kraftstoffe bis 15% 

Methanolgehalt (M15); später wurde der Methanolanteil gesteigert. Unter bestimmten 

Bedingungen und in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Methanols sind zusätzliche 

Lösungsmittler erforderlich. Bis zu einem Methanolanteil von ca. 3% sind keine 

Veränderungen am Motor nötig. Eine Beimischung von 3 %-15 % Methanol erfordert eine 

Anpassung der Materialien des Kraftstoffsystems (Kunststoffe), die mit Methanol direkt in 

Kontakt kommen. Für den Einsatz im Fahrzeug war Reinmethanol zunächst nicht geeignet, da 

sein geringer Dampfdruck Kaltstartprobleme zur Folge hatte. Aus diesem Grund wurden dem 

Methanol 10-15 % Benzin beigemischt. Um die Kraftstoffeigenschaften von M85 besser 

nutzen zu können, war eine Modifikationen der bestehenden Motorenkonzepte nötig. 

Die erste Versuchen mit M85 wurden mit umgerüsteten Ottomotoren durchgeführt. Dabei 

ermöglichten die hohen Oktanzahlen eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses gegenüber 

dem Benzinbetrieb. Schon 1982 konnten Methanolfahrzeuge ECE-Zyklus günstigere 

Verbrauchswerte gegenüber vergleichbaren Benzinfahrzeugen erzielen. Bedingt durch den 

Magerbetrieb, die geringe Flammentemperatur und die hohe Verdampfungswärme der 

Methanolkraftstoffe zeigten die Methanolfahrzeuge darüber hinaus niedrige NOx- 

Emissionswerte. 

Optimierte Konzepte für M85 wurden weltweit getestet und nahezu bis zur Serienreife 

entwickelt. Wegen der fehlenden großflächigen Versorgungsinfrastruktur wurde der 

Schwerpunkt der Entwicklung zunehmend auf universellere Flexible Fuel Vehicles ( FFV) 

gelegt, die mit M85, mit Benzin und Anderen betrieben werden konnten. 

In Kalifornien und einigen Städten der USA waren FFV für den Betrieb mit 

Verbrennungsmotor und Methanol-Benzin-Gemischen im Einsatz. Die Fahrzeuge führten nur 

einen Tank mit sich, verfügten aber über einen Kraftstoffsensor. Von den etwa 20.000 

Fahrzeugen entfielen ca. 15.000 auf Kalifornien. An diesem Projekt waren die Firmen Ford, 

GM, Chrysler, VW, Nissan, Toyota und Mercedes beteiligt. 15 

15 vergleiche auch Höhlein, B./Grube, T./Biedermann, P : Methanol als Energieträger, Schriften des 

Forschungszentrum Jülich GmbH, Reihe Energietechnik, Band 28,S.10 



Abbildung 3.10: Alkohole: Methanol, Ethanol – Gemischbildung und Motorspezifika [1] 

Die Abb.3.10 zeigt ein überzeugendes Beispiel bei Verwendung eines Kraftstoffgemisches, 

bestehend aus 85 % Methanol und 15 % Benzin. Das Drehmoment und der Wirkungsgrad 

wurden beim Betrieb mit M85 eindeutig besser. Die Ergebnisse bezüglich Drehmoment und 

Wirkungsgrad wurden von mehreren Automobilherstellern bestätigt. 

Ein Flexible Fuel-Fahrzeug (FFV) lässt sich auch problemlos mit einem 

Bioethanol/Benzingemisch (E85), als auch mit herkömmlichem Benzin betreiben. Geringe 

technische Umrüstungen betreffen u.a. den Kraftstoffsensor, welcher das Mischungsverhältnis 

bestimmt und den Motor, der optimal auf diesem Verhältnis anpasst werden muss. Weiterhin 

sind einzelne Fahrzeugkomponenten entsprechend der Anforderung für einen Ethanolbetrieb 

vorgeschrieben, wie z.B. Anpassungen an Einlassventilen/-ventilsitzen, Einspritzsystem, Tank 

und Kraftstoffleitungen. 



In Brasilien, dem weltweit größtem Ethanolproduzenten, wird Ethanol als Kraftstoff seit über 

30 Jahren verwendet. Zwei Drittel aller dortigen Neuzulassungen sind sogenannte Flexfueler 

(FFV), die mit Benzin, reinem Ethanol oder Ethanol-Benzinmischungen fahren können. Der 

Rest der brasilianischen Pkws fährt mit Benzin dem ca.20-24 % Alkohol beigemischt wird. 

Die deutsche Automobilindustrie ist weltweit führend in der Produktion von FFVs, deren 

Marktanteil in Brasilien bei 60 Prozent liegt. 

Die USA bieten bereits über 20 verschiedene FFV- Fahrzeugmodelle an und stellt E85 in 

zahlreichen Bundesstaaten bereit. Die USA sind weltweit der zweitgrößte Ethanolproduzent. 

Deutschland liefert z.B. die C und E Klasse von Mercedes Benz als FFV an die USA. 

In Europa haben die Schweden seit über 10 Jahre ein dichtes E85-Tankestellennetz. Sie 

verfügen über ca. 400 Tankstellen. Die Autohersteller Ford, Saab und Volvo bieten dort 

verschiedene Fahrzeug-Modelle als FFV an. Außerdem wird dort das Benzin mit Ethanol 

geblendet. 

Deutschland beschränkte sich bisher auf die Zulassung einer 2- bzw. 5-prozentigen 

Beimischung von Ethanol. Aller Voraussicht nach wird demnächst eine Beimischungspflicht 

gesetzlich auferlegt werden, um die EU-Vorgabe nach einer 5,75-prozentiger Verwendung 

regenerativer Kraftstoffe bis 2010 zu erfüllen. Die Zulassung von öffentlichen E85 

Tankstellen stößt zur Zeit noch auf genehmigungstechnische Hemmnisse. Die 

Bundesregierung bemüht sich jedoch darum, Erleichterungen zu realisieren. 

3.2.4 Eigenschaften von Alkoholen 

Chemische Zusammensetzung 

Methanol (CH3OH) besteht aus einer OH-Gruppe und einem Methyl-Radikal. Es gleicht in 

seinen Eigenschaften stärker dem Wasser als der Kohlenwasserstoffe aus Erdöl. Im Gegensatz 

zu Benzin enthält Methanol nur ein Kohlenstoffatom pro Molekül und hat somit keine C – C 

Bindung. Ein weiterer Unterschied zu den üblichen Kraftstoffen ist das Sauerstoffatom. Beide 

Unterschiede wirken sich auf die Verbrennungseigenschaften aus, das Gleiche gilt für die 

höheren Alkohole, wie Ethanol 16 . Abb.3.11 

16 H. Menrad, A.König:Alkoholkraftstoffe,S.65 



Abbildung 3.11: Strukturformel von Methanol und Ethanol [7] 

Heizwert 

In Folge des Sauerstoffgehalt bei Alkoholen, weisen das Methanol und das Ethanol geringere 

Heizwerte auf als die reinen Kohlenwasserstoffe. Methanol hat den höchsten Sauerstoffgehalt 

und dementsprechend den geringsten Energiegehalt. 

Tabelle 3.3: Heizwerte von Alkoholen im Vergleich zu Ottokraftstoff [7] 

kJ/kg % von Ottokraftstoff (Super) 

Methanol 19 660 47,6 

Ethanol 26 770 64,5 

Normalbenzin 42 700 95,7 

Superbenzin 43 500 

Aus den Heizwertdaten sieht man, dass für die gleiche Leistungsausbeute eine größere Menge 

an Alkoholkraftstoffen notwendig ist als beim Ottokraftstoff. 

Luftbedarf 

Aufgrund des Sauerstoffgehalt , benötigen die Alkohole geringere Luftmenge pro kg 

Kraftstoff als der Ottokraftstoff. Da ein niedrigerer Heizwert auch einen geringeren 

Luftbedarf bedeutet, können mit einer bestimmten Luftmenge immer etwa gleiche 

Wärmemenge freigesetzt werden, so dass der Heizwert der Kraftstoffe, auf die Motorleistung 

keinen wesentlichen Einfluss hat. 



Tabelle 3.4: Luftbedarf von Alkoholen im Vergleich zu Ottokraftstoff 

kg Luft/kg Kraftstoff 

Methanol 6,4 

Ethanol 9,0 

Normalbenzin ca. 14,8 

Ethanol ca. 14,7 

Gemischheizwert 

Der Gemischheizwert HG ist die Wärmemenge, die bei der Verbrennung von 1 

Normkubikmeter( 15°C, 735mm Hg, stöchiometrisches Gemisch, Lambda =1) Kraftstoff und 

Luft frei wird. Aufgrund des niedrigeren Heizwertes haben Alkohole entsprechend geringeren 

Luftbedarf und wird sich der Gemischheizwert nur geringfügig von Ottokraftstoffen 

unterscheiden. 

Tabelle 3.5: Gemischheizwert von Alkoholen im Vergleich zu Ottokraftstoff 

kJ/kg Luft 

Methanol 3 073 

Ethanol 2 975 

Normalbenzin ca.2 990 

Ethanol ca.2 925 

Verdampfungswärme 

Die Verdampfungswärme eines Kraftstoffes bestimmt, wie viel Energie einem Stoff zugeführt 

werden muss, um ihn ohne Temperaturänderung verdampfen zu lassen. 

Die Alkohole haben höhere Verdampfungswärme als Kohlenwasserstoffe. Bei Kraftstoffen 

mit hoher Verdampfungswärme (z.B. Methanol) können daher kalte Betriebsbedingungen des 

Motors dazu führen, dass nicht genügend Wärme für eine gute Gemischbildung zur 

Verfügung steht. Dies wirkt sich negativ beim Startvorgang aus. 

Tabelle 3.6:Verdampfungswärme von Alkoholen im Vergleich zu Ottokraftstoff 

kJ/kg 

Methanol 1 100 

Ethanol 910 

Ottokraftstoff 335 



Dampfdruck 

Das Kaltstartverhalten eines Kraftstoffs wird in erster Linie durch seinen Dampfdruck 

gekennzeichnet. Die Abb.3.12 zeigt den Dampfdruck von Benzin, Methanol und Ethanol, in 

abhängig von der Temperatur. 

Abbildung 3.12: Dampfdruck über Temperatur für Ottokraftstoffe und Alkohole [7] 

Mit sinkender Temperatur geht der Dampfdruck aller Kraftstoffe zurück. Wie am 

Winterkraftstoff zu sehen, wird die Kaltstartgrenze bei etwa –20 bis –25 °C erreicht, 

entsprechend einem Dampfdruck von 0,05 bar. Dieser Wert (praktische Kaltstartgrenze) liegt 

für Methanol zwischen 5 und 10 °C und für Ethanol bei etwa 15 bis 20 °C. 17 

Zündtemperatur, Zündgrenzen 

Die niedrigste Temperatur, bei der sich ein Kraftstoff-Luftgemisch selbst entzünden kann, 

wird als Zündtemperatur bezeichnet. Eine Übersicht über die Zündtemperatur ist in der 

Tab.3.8 gegeben. 

Tabelle 3.7: Zündtemperaturen 

Kraftstoff Zündtemperatur in °C 

Benzin 480 bis 450 

Dieselöl 330 bis 360 

Ethanol 400 bis 460 

Methanol (rein) 478 

17 Wolf, W.: Alkohole und ihre motorische Verbrennung. Compedium 74/75, 

Ergänzungsband der Zeitschrift Erdöl und Kohle, Erdgas, Petrochemie, S.666-686. 



Für die Ottomotorische Verbrennung sind die Zündgrenzen der Kraftstoffe mehr von 

Bedeutung, als die Zündtemperatur. Die Entflammbarkeit durch Fremdzündungen eines 

Kraftstoff-Luftgemisches ist nur dann möglich, wenn die Konzentration des Kraftstoffdamp- 

fes zwischen untere Zündgrenze (armes Gemisch) und obere Zündgrenze (fettes Gemisch) 

liegt. Die Zündgrenzen in der Luft bei Atmosphärendruck sind in der Tab.: 3.9 angegeben. 

Tabelle 3.8: Zündgrenzen [7] 

Kraftstoff untere Zündgrenze in Vol.-% obere Zündgrenze in Vol.-% 

Benzin 1,4 7,0 

Ethanol 2,6 19 

Methanol 5 32 

Klopfestigkeit 

Die Klopffestigkeit eines Kraftstoffes ist über seine Oktanzahl festgelegt. In der Praxis 

werden die Research - Oktanzahl (ROZ) und die Motor – Oktanzahl (MOZ) angegeben. Die 

Motor-Methode unterscheidet sich lediglich durch Gemischvorwärmung, höhere Drehzahl 

und Zündzeitpunktverstellung von Research-Methode. Der zu untersuchende Kraftstoff ist 

über seine Klopfintensität mit Kraftstoffgemischen aus Isooktan (C8H18; Oktanzahl 100) und 

n-Heptan (C7H16; Oktanzahl 0) vergleichbar. 18 

Tabelle 3.9: Klopffestigkeit von Alkoholen [7] 

ROZ MOZ 

Methanol 120-130 91-94 

Ethanol 106-111 89-92 

18 Vergleiche auch H. Grohe. Otto- und Dieselmotoren,S.72-73 



Tabelle 3.10: Stoffwerte von Alkoholen und Otto- bzw. Dieselkraftstoff [7] 

Dichte bei 15°C 

Viskosität bei 

20°C 

spez. Wärme 

bei 20°C 

Siedepunkt bei 

1,013 bar 

Dampfdruck 

nach Reid 

Heizwert HU 

Gemischheizwert 

Luftbedarf 

Verdampfungswärme 

bei 1,013 bar 

Methanol Ethanol Normalbenzin Superbenzin Diesel 

kg/l 0,795 0,790 0,715-0,755 0,730-0,780 0,815-0,855 

mPas 0,6 1,2 0,42 0,42 3,7 

kJ/kg 2,55 2,72 2,01 2,01 1,93 

°C 64,7 78,5 25-215 25-215 175-360 

mbar 320 160 450-900 450-900 

MJ/kg 19,66 26,77 42,7 42,5 42,5 

kJ/kg 3 073 2 975 ca.2 990 ca.2 990 ca.2 925 

kg/kg 6,4 9,0 ca.14,8 ca.14,7 ca.14,6 

kJ/kg 1 109 904 380-500 380-500 251 


4.Versuchsaufbau Lehrstuhl VFA 

4. Versuchsaufbau 

4.1 Aufbau des Motorprüfstands 

Um die Tauglichkeit von den alternativen Kraftstoffen für Ottomotoren beurteilen zu können, 

sind Messungen am Motorenprüfstand erforderlich. Im Rahmen dieser Studienarbeit wird ein 

serienmäßiger 1-Zylinder-4-Takt-Motor mit 4-Ventil-Dachbrennraum, der Firma Bombardier- 

ROTAX GmbH Motorenfabrik, der mit verschiedenen Mischkraftstoffen betrieben wird, in 

seinem Leistungsverhalten untersucht. Hierbei wurden auch visuellen Betrachtungen des 

Motors durchgeführt. Zusätzlich wird das Verdichtungsverhältnis des Motors verringert, um 

eine mögliche klopfende Verbrennung, beim Betrieb mit dem jeweiligen Mischkraftstoff zu 

untersuchen. 

4.1.1 Versuchsmotor 

Zur Durchführung der Untersuchungen am Motorprüfstand wurde ein Einzylinder-4-Takt- 

Motor der ROTAX GmbH mit integriertem 5-Gang-Getriebe verwendet. Es handelt sich um 

einen Motorradmotor, der von verschiedenen Motorradenherstellern verwendet wird. Die 

Tabelle 4.1 zeigt die allgemeinen technische Daten des Motors. Bei einem 

Verdichtungsverhältnis von 9,2 hat der Motor eine maximale Leistung von 27 kW bei 7600 

1/min und ein maximales Drehmoment von 32 Nm bei 5500 1/min . Die Abbildung 4.1 zeigt 

ein Schnittbild des Motors. Zusätzlich zum Kickstarter verfügt der Motor über einen 

Elektrostarter. Die Kraftabgabe erfolgt über das seitliche Kettenritzel. Um die Verbindung 

zwischen dem Kettenritzel des Motors und die Gelenkwelle zu ermöglichen, wurde ein 

Übergangsflansch angefertigt (Zeichnungs-Nr. SA03-00010) . 



Abbildung 4.1:Schnittbild 1-Zylinder-Versuchsmotor Typ 504 von ROTAX [a] 

Ölkreislauf 

Der Ölkreislauf garantiert die Schmierung von Motor und Getriebe. Der Motor selbst besitzt 

eine Trockensumpfschmierung. Die Fördermenge der Ölpumpe beträgt ca. 5,0 l/min bei 8.000 

1/min. Als Motoröl wird 15W/50 HD oder ähnliches Markenöl verwendet. Der Ölvorrat 

befindet sich im Motorradrahmen. Für einen Prüfstandsaufbau wurde deshalb ein getrennter 

Ölbehälter (Zeichnungs-Nr.DA03-00040) gefertigt. Er beinhaltet einen entsprechenden 

Ölvorrat, so das die Ölbetriebstemperatur ungefähr konstant gehalten werden kann. Der 

Anschluss an den Motor erfolgt über die Ölschläuche an die Vor- und Rücklauföffnung sowie 

eine Druckausgleichsleitung am Zylinderkopfdeckel. Zu beachten ist der Anschluss des 

Rücklaufschlauches, da im Öltank ein Rücklaufrohr eingeschweißt ist. Diese Maßnahme 

gewährleistet eine gleichmäßige Ölnutzung, so dass zurücklaufendes Öl nicht sofort wieder in 

den Motor eindringen kann. 

Tabelle 4.1: Technische Daten des Versuchsmotors 

BAUART: 

BOHRUNG: 89,0 mm 

HUB: 79,4 mm 

ROTAX - Motor Type 504 E MZ 

Einzylinder-, Viertaktmotor, SOHC -Steuerung mit 

Zahnriemenantrieb, luftgekühlt, mit Ausgleichswelle und 

integriertem 5-Gang-Getriebe, mit Kick -und Elektrostarter 



HUBRAUM: 494,0 cm³ 

LEISTUNG: 27 kW (35 PS) bei 7600 1/min. 

DREHMOMENT: max. 32 Nm bei 5500 1/min. 

ZULÄSSIGE 

DREHZAHL: 

max. 8500 1/min. 

KURBELWELLE: 2-fach gelagert mit Rillenkugellagern 

DREHRICHTUNG: Rechtslauf, gesehen auf die Zündanlage 

ZYLINDER: 1 Leichtmetallzylinder mit 'Gilnisil '-Lauffläche 

KOLBEN: 1 Leichtmetall - Gußkolben mit 3 Kolbenringen 

EINBAUSPIEL: 0,01 mm 

ZYLINDERKOPF: 

VERDICHTUNG: 9,2:1 

Getriebe 

einteilige Konstruktion, wälzgelagerte Nockenwelle, 

Rollenkipphebel, Einlaßkanal gegabelt, zwei getrennte Auslaßkanäle 

Der Versuchsmotor ist über eine Gelenkwelle mit einer Wirbelstrombremse der Firma Schenk 

verbunden. Mit Hilfe des integrierten Getriebes kann die gewünschte Drehzahlabstufung, 

(Tabelle 4.2) durch Einlegen der entsprechenden Gänge, geschehen. 

Tabelle 4.2: Getriebeabstufung 

GETRIEBE: integriertes 5-Gang Getriebe, klauengeschaltet 

GETRIEBEABSTUFUNG: 

i = 32/76 = 2,375 

primer Gesamtuntersetzung 

1.Gang = 11/32 = 2,909 i (s=1...5) 

s 1.Gang = 6,909 

2.Gang = 12/24 = 2,000 2.Gang = 4,750 

3.Gang = 15/21 = 1,400 3.Gang = 3,325 

4.Gang = 17/19 = 1,118 4.Gang = 2,654 

5.Gang = 21/23 = 0,913 5.Gang = 2,168 

Die Motorendrehzahl n wird am Wellenende der Bremse mittels eines induktiven 

Wirbelstromsensors gemessen. Eine Zahnscheibe auf der Bremsenwelle dient dabei als 

Pulsgeber. Die Verbindung Motor-Bremse ist flexibel gestaltet (Hardischeibe), um 

Torsionsschläge zu vermeiden, und es wird eine Gelenkwelle gebraucht, um Exzentrizitäten 

auszugleichen. (Abb.: 4.6 )Wird die Bremsenwellendrehzahl n gemessen, erhält man die 

Motordrehzahl aus 

m 

Erstellt von Rodion Wagner 40 

b


n = n ⋅i 

⋅i 

(4.1) 

m 

b 

primer 

s 

Der Faktor i entspricht dabei der jeweiligen Übersetzung des eingelegten Ganges. 

s 

Ventile/Nockenwelle 

Tabelle 4.3: Ventilsteuerung 

VENTILSTEUERUNG: 

EINLASSVENTIL: 2x34 mm 

AUSLASSVENTIL: 2x30 mm 

Zahnriementrieb auf obenliegende Nockenwelle, 

riemenbruchsicher 

VENTILSPIEL: 0,05 mm für Ein- u. Auslassventile bei kaltem Motor 

NOCKENWELLE: 225°, Stahl, einsatzgehärtet 

STEUERZEIT: 

(gemessen bei 1 mm 

Ventilspiel) 

Zündanlage 

Tabelle 4.4:Zündanlage 

ZÜNDANLAGE: 

Steuerzeit: Eö 3,5° nach OT Aö 36,5° vor UT 

Es 48,5° nach UT As 8,5° nach OT 

kontaktlose Kondensator-Zündanlage mit elektronischer 

Zündverstellung 

VORZÜNDUNG: Startvorzündung: 3° v.OT. - Vollastzündung: 29° v.OT. 

GENERATORLEISTUNG: 12V 190W, Wechselstrom 

REGLERGLEICHRICHTER: 3-Phasen, Teile Nr. 264870 

ZÜNDKERZE: 12 mm, NGK D8 E-A, Champion 12 A6 YC 

ELEKTRODENABSTAND: 0,6 mm 

Vergaser 

Als wesentliches Bauteil der Kraftstoffanlage kommt ein Vergaser der Firma BING mit der 

Bezeichnung 54/36/137 (Abb.4.2) zum Einsatz. Es handelt sich um einen Schiebervergaser, 

der von verschiedenen Motorradherstellern eingebaut wird. Das Wirkprinzip des 

Schiebervergasers wurde im Kapitel 2.3.2 erläutert. 



Abbildung 4.2: Vergaser BING Typ 54 

Der Prüfstandsmotor wird als Saugmotor mit unveränderter Vergasereinstellung verwendet. 

In unserem Fall wird der Motor mit konstanten Vergasereinstellungen gefahren, d.h. die 

Grundeinstellung des Vergasers, beim Betrieb mit dem verwendetem Kraftstoff bleibt 

unverändert. Die richtige Einstellung des Vergasers wird wie folgt durchgeführt: 

Die Gemischeinsteilschraube (Abb.:4.3) befindet sich beim BING auf der rechten Seite des 

Vergasers (versenkte Schraube), rechts von der Leerlaufeinstellung. Diese wird bis zum 

Anschlag hineingedreht und um 1,5 Umdrehungen wieder herausgedreht (Grundeinstellung). 

Der Motor wird freilaufen, bis er die Betriebstemperatur erreicht hat, und dann wird die 

Leerlaufdrehzahl auf ca. 1000 U/min eingestellt. 

Tabelle 4.5: Technische Daten des Vergasers Fa. BING Typ 54 

Typ 54/36/137 

Saugrohrdurchmesser 36 mm 

Hauptdüse 165 

Nadeldüse 3,14 

Düsennadel 4 

Startdüse 60 

Leerlaufluftdüse 55 

Leerlaufkorrekturdüse 100 

Leerlaufgemischschraube 1,5 -> besser: 2 ... 2 1/4 

Leerlaufdrehzahl etwa 900 ... 1.100 U/min 



4.1.2 Konstruktive Änderungen an der Brennraumgeometrie 

Änderung des Verdichtungsverhältnisses 

Der Versuchsmotor wird mit zwei unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen untersucht. 

In dem ersten Versuchsstadium wird der Motor mit dem Originalverdichtungsverhältnis 

ε=9,2 geprüft, im zweitem Stadium wird das Verdichtungsverhältnis auf ε=5,2 reduziert. 

Für die Verringerung des Verdichtungsverhältnisses wurde eine Stahlplatte (Zeichnungz-Nr. 

SA03-00020) mit der Stärke tSP =8,22 mm gefertigt. Die Stahlplatte (Abb.: 4.3) wird 

zwischen dem Zylinder und dem Zylinderkopf eingebaut. 

Abbildung 4.3:Stahlplatte 

Der Platteneinbau vergrößert das Kompressionsvolumen VC des Motors, d.h. das 

Verdichtungsverhältnis ε wird verringert, dieses wird durch die folgende Formel 

V 

V H 

H + VC 

VC = aus ε = 

(4.2) 

( ε −1) 

VC 

beschrieben. 

Das Kompressionsvolumen VC lässt sich bei bekannten ε =9,2 berechnen. Nach dem Einbau 

der Stahlplatte mit der Stärke tSP = 8,22 mm erhält man das neue Kompressionsvolumen VCneu 

π 2 

VCneu = VC + VSP mit VSP = ⋅ d i ⋅t 

SP 

4 

(4.3) 

Komponenten für den Versuchsmotorumbau 

Aufgrund der Brennraumvergrößerung durch die eingebaute Stahlplatte sind längere 

Stehbolzen im Motor eingesetzt. Zur Zylinderkopfzentrierung wurden je 2 Passhülsen 

paarweise neu gefertigt. Das größte Problem war der Steuertrieb beim geänderten 

Verdichtungsverhältnis. Der Einbau der Stahlplatte zwischen dem Zylinder und dem 



Zylinderkopf zeigt, dass die serienmäßig vorhandene Spanneinrichtung des Zahnriemens 

nicht verwendet werden kann. Es wurde ein längeren Zahnriemen (9,525x19x90 L=857,3 

mm) eingesetzt, um die Differenz zwischen Nocken- und Kurbelwelle auszugleichen. Damit 

der längere Zahnriemen vorschriftgemäß gespannt werden konnte, wurde eine neue 

Spanneinrichtung mit einer zusätzlichen Spannrolle konstruiert.(Abbildung 4.4) 

Abbildung 4.4: Spanneinrichtung: (links) mit zusätzliche Spannrolle 

(rechts) Originale 

4.2 Prüfstandsaufbau 

Der Motor in dem schallgedämpften Motorraum wurde auf einem stationären Prüfstand 

installiert. Die Abbildung 4.5 gibt schematisch den Prüfstandsaufbau wieder. Zum Einstellen 

der gewünschten Lastzustände ist der Motor über eine Gelenkwelle(Abb.: 4.5) mit einer 

Wirbelstrombremse der Firma Schenk verbunden, deren Bremsleistung von einem Steuergerät 

in Bedienraum geregelt werden kann. In dem Bedienraum des Motorprüfstandes ist in einem 

Messschrank die Steuerungselektronik des Prüfstandes sowie die Messverstärker für die 

Drehzahl- und Drehmomentanzeige installiert. 

Abbildung 4.5: Gelenkwelle 



Abbildung 4.6: Schematische Darstellung des Prüfstandsaufbau. 

In der Bedienbox des Motorprüftandes befindet sich die Motorsteuerungstafel sowie ein PC 

für die Messwertaufnahme. 

Abbildung 4.7: Abgasanlage 



Abbildung 4.8: Prüfstandsaufbau (Original) 

Der Kraftstofftank soll höher als Vergaser liegen, um die Kraftstoffzufluss zum Vergaser zu 

gewährleisten. Die Kühlung des Versuchsmotors erfolgt über ein Luftgebläse. (Abb.:4.8) 

Die Abgase des Motors werden durch die Abgasanlage (Abb.: 4.7) nach Außen geführt. 

Weiterhin werden die Umgebungsbedienungen, wie die Lufttemperatur und der Druck sowie 

die Abgastemperatur gemessen. 

4.2.1 Wirbelstrombremse 

Die Wirbelstrombremse ist die häufigst eingesetzte Bremse auf Motorenprüfständen 

(Abbildung 4.9) . Sie lässt sich sehr gut elektrisch regeln. Die Energievernichtung erfolgt 

durch den Wirbelstrom. Die Bremse muss mit Wasser gekühlt werden. Die 

Erregerwicklungen, in denen ein magnetisches Feld erzeugt wird, und die 

wasserdurchflossenen Kühlkammern befinden sich im Gehäuse der Bremse. Die rotierende 

Polscheibe im Zentrum erzeugt Wirbelströme, diese lösen ein magnetisches Gegenfeld aus 

und der Motor wird gebremst. Die Regelung geschieht durch Variation des Erregerstromes. 



Abbildung 4.9: Wirbelstrombremse WS 230( Fa. Schenk)[4] 

Bremsleistung 230 kW 

max. Drehmoment 750 Nm 

max. Drehzahl 10000 U/min 

Tabelle 4.6: Leistungsdaten der Wirbelstrombremse(Fa. Schenk) 

Die Wirbelstrombremse ist mit einem Steuergerät ausgerüstet. Diese erlaubt die Regelung der 

Bremse je nach Bedarfsfall: Fahrhebelstellung konstant, Drehzahl konstant, Kennlinie, 

Drehmoment konstant. In unserem Fall wird das Drehmoment Md gemessen, deswegen wird 

die Regelung der Bremse über die Drehzahl konstant gehalten. 

Die häufigste Einstellung zur Messung von stationären Kennfeldpunkten erfolgt bei 

konstanter Drehzahl. Die gewünschte Drehzahl wird eingegeben, und mit dem Fahrhebel lässt 

sich das verlangte Drehmoment anfahren. Für diese Regelung bei konstanter Drehzahl, 

benötigt man ein Stellglied zur Ansteuerung der Drosselklappe des Vergasers. (Abbildung 

4.10) 

Abbildung 4.10: Stellglied 

Das Stellglied wird über einen Seilzug mit der Drosselklappe des Vergasers verbunden. Die 

Steuerung der Drosselklappestellung erfolgt aus dem Bedienraum. 



4.2.2 Motorleistungsmessung 

Die Motorleistung P berechnet man mit der Winkelgeschwindigkeit ω bzw. der Drehzahl n 

und dem Drehmoment Md wie folgt: 

P [kW] = Md *ω = Md[Nm] * n[min -1 1 

] * π * 

30000 

Nach DIN 70 020 muss der Motor mit folgender Ausrüstung betrieben werden: 

• originale Ansaug- und Auspuffanlage, 

• Lüfter und Wasserpumpe, 

• Kraftstoff- bzw. Dieseleinspritzpumpe, 

• unbelastete Lichtmaschine. 

(4.4) 

Im Rahmen dieser Studienarbeit, bei den experimentellen Untersuchungen, wird nicht die 

Originalabgasanlage verwendet (Abb.: 4.7), deswegen sind die Abweichungen von den 

tatsächlichen Leistungs- und Drehmomentverläufen möglich. 

Tabelle 4.7: Bezugsstandart für Druck po und Temperatur To der Ansaugluft 

po 

To 

DIN 70 020 ECE 

1,013 bar 

20 °C 

1,0 bar 

25 °C 

Falls diese Umgebungsbedingungen nicht eingehalten werden können, muss die Leistung P 

wie folgt korrigiert werden 19 : 

[ ] 

[ ] 

p0 

T K 

Pkorr = P⋅ 

⋅ 

(4.5) 

p T K 

baro 0 

pbaro effektiver Umgebungsdruck 

T effektive Umgebungstemperatur 

19 vergleiche auch R. Kuratle: Motorenmesstechnik,S.15 


5.Ergebnisse der Untersuchungen am Motorprüfstand Lehrstuhl VFA 

5. Ergebnisse der Untersuchungen am Motorprüfstand 

Die Durchführung von Vollasttest ist sehr gut geeignet für die Beurteilung der Leistung des 

Untersuchmotors. Sie bietet sich daher als Vergleichsmaßstab für den Betrieb des Motors mit 

unterschiedlichen Kraftstoffen an. 

Tabelle 5.1: Übersicht der verwendeten Mischkraftstoffe 

Kürzel Mischkraftstoffbezeichnung 

D10 90 (Vol.-%) Benzin + 10 (Vol.-%) Diesel 



R15 85 (Vol.-%) Benzin + 15 (Vol.-%) Rapsöl 

R25 75 (Vol.-%) Benzin + 25 (Vol.-%) Rapsöl 

M15 85 (Vol.-%) Benzin + 15 (Vol.-%) Methanol 



E25 75 (Vol.-%) Benzin + 25 (Vol.-%) Ethanol 



Bei den Prüfstandsuntersuchungen wurden die in der Tabelle 5.1 aufgeführten Kraftstoffe 

verwendet. Die kraftstoffspezifischen Eigenschaften sind in Kapitel 3, Abschnitt 3.5 erläutet. 

5.1 Benzin-Dieselkraftstoff-Mischungen 

Bei der Untersuchung am Motorprüfstand wurde festgestellt, dass die Leistungsmessung des 

Versuchmotors nur in einem bestimmtem Drehzahlbereich (ca. von 3300 min -1 bis 7500 min - 

1 ) möglich ist. Bei Vollastbetrieb unter diesem Bereich ging der Motor aus, diese Tatsache 

hängt damit zusammen, dass die Bremsleistung der Wirbelstrombremse viel größer ist, als die 

Maximalleistung des Motors. Im Weiteren wird nur der obengenannte Drehzahlbereich 

betrachtet. 

In Folge das veränderte Verdichtungsverhältnis ε = 5,2 wird die Nenndrehzahl (max. 

Leistung) beim Betrieb mit Kraftstoffmischungen, gegenüber dem originalem 

Verdichtungsverhältnis ε = 9,2 , in Richtung niedrigerer Drehzahl verschoben.(siehe Abb.5.1 

und Abb.5.2) Die mögliche Ursache dafür ist die ungünstige Brennraumgeometrie (lange 

Flammwege) und die nicht angepasste Einstellung des Motors. Der Versuchsmotor wird 



nicht auf das geänderte Verdichtungsverhältnis abgestimmt, d.h. wie schon oben erwähnt, die 

serienmäßige Vergaser- und Motoreinstellungen werden nicht variiert. 

Leistung [kW] 

16 

15 

14 

13 

12 

11 

10 

9 

D10 

D50 

Benzin 

D30 

8 

3000 4000 5000 6000 7000 8000 

Drehzahl bei Vollast [1/min] 

Abbildung 5.1: Vollastkurven mit Verdichtung ε = 5,2 bei Betrieb mit Benzin-Dieselmischungen im Vergleich 

zu Benzin 

Leistung [kW] 

28 

26 

24 

22 

20 

18 

16 

14 

3000 4000 5000 6000 7000 8000 


D30 

D50 

Benzin 

Abbildung 5.2: Vollastkurven mit Verdichtung ε = 9,2 bei Betrieb mit Benzin-Dieselmischungen im Vergleich 

zum Benzin 



Wie in der Abb. 5.1 dargestellt ist, ergeben sich bei einem Vergleich der gemessenen 

Motorleistungen der höchste Wert für Benzinkraftstoff. Die Resultate für Benzin- 

Dieselmischungen liegen um 0 bis 2 %, bei Nenndrehzahl um 4-6 % niedriger. Die Werte für 

D10 stimmen mit dem Werten des Benzinkraftstoffs fast überein, ab der Nenndrehzahl ist ein 

steiler Leistungsabstieg (bis 6 %) zu sehen. Der größere Leistungsabfall ist beim Betrieb mit 

D50 zu sehen, bis 4500 min -1 ist die Minderleistung gegenüber dem Benzin mit maximal 3 % 

noch moderat, ab 6500 min -1 mit bis zu 12 % deutlich niedriger. 

Die Abbildung 5.2 zeigt ähnliche Verhältnisse für die Leistungsverläufe. Für Drehzahlen bis 

6000 min -1 zeigen sich fast keine Auswirkungen durch die verschiedenen Benzin- 

Dieselkraftstoffmischungen. Lediglich für höhere Drehzahlen ergeben sich die 

Leistungsabfälle infolge des erhöhtem Dieselanteils im Benzin-Dieselkraftstoffmischung. 

Leistung [kW] 

15,6 

15,4 

15,2 

15 

14,8 

14,6 

14,4 

14,2 

14 

13,8 

13,6 

13,4 

15,4 

14,3 

14 

13,6 

0 10 20 30 40 50 60 

Diesel-Anteil [Vol.%] 


Verdichtung ε = 5,2 

Leistung [kW] 

27,5 

27 

26,5 

26 

25,5 

25 

26,9 

24,5 

24,3 

24 

0 10 20 30 40 50 60 

26 

Diesel-Anteil [Vol.%] 





Die Abb. 5.3 und die Abb. 5.4 zeigen, dass sowohl für das Verdichtungsverhältnis ε =5,2, als 

auch für das Verdichtungsverhältnis ε = 9,2 zunehmende Dieselanteil im Mischkraftstoff, 

führt zu starkem Leistungsabfall. Dies ist auf die chemisch-physikalischen Eigenschaften und 

die Verbrennungseigenschaften des zu untersuchenden Mischkraftstoffes zurückzuführen. 

Bei der Vollastuntersuchung mit verschiedenen Benzin-Dieselkraftstoff-Mischungen wurde 

keine klopfende Verbrennung beobachtet. 

Um der Kaltstart des Motors beim Betrieb mit Benzin-Dieselkraftstoffmischungen zu 

ermöglichen (insbesondere D50) wird der Motor mit Benzin gefüllt und angelassen, sodass er 

warmläuft bis er seine Betriebstemperatur erreicht hat. Wenn dieser Vorgang wird nicht 

durchgeführt, lässt sich der Versuchsmotor nicht starten. Beim Betrieb mit D50 hatte der 

Motor keinen Leerlauf. 

Die weitere Erhöhung des Dieselanteils in der Benzin-Dieselkraftstoff-Mischung könnte 

somit nicht erfolgen, der Versuchsmotor würde dann nicht stabil arbeiten und bei der 

Betätigung der Bremslast, ginge er sofort aus. 

5.2 Benzin-Rapsöl-Mischungen 

Benzin und Rapsöl lassen sich schlecht zusammenmischen, da die Dichte des Rapsöles 

deutlich höher über der Dichte von Benzinkraftstoff liegt. Die hohe kinematische Viskosität 

der Pflanzenöle im Vergleich zum Benzinkraftstoff ist besonders nachteilig für den Kaltstart 

des Motors, da die Zerstäubungsqualität des Vergasers durch die hohe Zähigkeit 

verschlechtert wird. Die kinematische Viskosität der Pflanzenöle hängt sehr von der 

Temperatur ab. Abb.5.5 

Abbildung 5.5: Kinematische Viskosität [11] 



Um eine bessere Mischbarkeit von Benzin und Rapsöl zu bekommen, wird das Rapsöl auf ca. 

70 °C erwärmt. 

Leistung [kW] 

16 

15 

14 

13 

12 

11 

10 

3500 4500 5500 6500 7500 

Vollastdrehzahl [1/min] 

Benzin 

R25 

R15 

Abbildung 5.6: Vollastkurven Verdichtung ε = 5,2 bei Betrieb mit Benzin-Rapsölmischungen im Vergleich zu 

Benzin 

Leistung [kW] 

28 

26 

24 

22 

20 

18 

16 

14 

3500 4500 5500 6500 7500 8500 


R25 

Benzin 

R15 

Abbildung 5.7: Vollastkurven mit Verdichtung ε = 9,2 bei Betrieb mit Benzin-Rapsölmischungen im Vergleich 

zu Benzin 



Wie aus der Abb.5.6 ersichtlich ist, beim Betrieb mit R15 und R25 ist die niedrigere Leistung 

bei Vollast im gesamten Drehzahlbereich erkennbar. Die Ergebnisse für R15 liegen, je nach 

Drehzahl um 3 bis 6 % niedriger. Die Resultate für R25 liegen bis 6000 min -1 um etwa 7 bis 

8% niedriger als bei Benzinkraftstoff und bei 7000 min -1 beträgt die Leistungsminderung 

11%. 

Die Abb. 5.7 zeigte ähnliche Verhältnisse für Leistungsverläufe, mit zunehmendem 

Rapsölanteil. In den Benzin-Rapsölmischung fällt die Leistung ab. In den Abb.5.8 und 

Abb. 5.9 wird der Leistungsabfall für beide Verdichtungen, in Abhängigkeit von der 

Rapsölmenge in Benzin-Rapsöl-Mischung bei 7000 min -1 aufgezeichnet. 

Leistung [kW] 

15,6 

15,4 

15,2 

15 

14,8 

14,6 

14,4 

14,2 

14 

13,8 

13,6 

15,4 

14,6 

13,7 

0 5 10 15 20 25 30 

Rapsöl-Anteil [Vol.%] 

Abbildung 5.8: Änderung der Leistung durch die Zumischung von Rapsöl, Vollast 7000 min -1 , 


Leistung [kW] 

26,8 

26,6 

26,4 

26,2 

26 

25,8 

25,6 

25,4 

25,2 

25 

26,7 

25,8 

24,8 

0 5 10 15 20 25 30 

Rapsöl-Anteil [Vol.%] 

Abbildung 5.9: Änderung der Leistung durch die Zumischung von Rapsöl, Vollast 7000 min -1 , 



25


Bei Betrieb mit der Benzin-Rapsölmischung, insbesondere mit R25, gab es Schwierigkeiten 

mit dem Kaltstart des Motors. Um den Vollasttest zu ermöglichen, wird der Versuchsmotor 

nur eine kurze Zeit mit Benzin betrieben, bis er seine Betriebstemperatur erreicht hat. Beim 

Betrieb mit R25 hatte der Motor keinen Leerlauf. 

Bei der Untersuchung mit R15 und R25 wurde keine Klopfgrenze erreicht. Der nächste 

Versuch mit R35 konnte nicht realisiert werden, da der Motor sich nicht starten ließ. 

5.3 Benzin-Ethanol-Mischungen 

Die Zumischung von wasserfreiem Ethanol zu wasserfreien Benzin machte keine 

Schwierigkeiten. Die Mischbarkeit der höheren Alkohole, wie mit Ethanol, wirkt mit 

Ottokraftstoff umso besser, je höher die Anzahl der C-Atome ist. 

Für den Prüfstandsversuch mit Ethanol wird weniger als 0,1% Wassergehalt genommen. 

Leistung [kW] 

16 

15,5 

15 

14,5 

14 

13,5 

13 

12,5 

12 

11,5 

11 

3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 


E50 

Benzin 

Abbildung 5.10: Vollastkurven mit Verdichtung ε = 5,2 bei Betrieb mit Benzin-Ethanolmischungen im 

Vergleich zu Benzin 

Die Abb.5.10 zeigt, dass für die Benzin-Ethanolmischungen, mit einem Ethanol-Anteil von 

weniger als 25%, es fast keine Unterschiede gibt im Vergleich zum Ottokraftstoff. Die 

Ergebnisse für E50 liegen, je nach Drehzahl um 1 bis 2 % niedriger im Vergleich zu Benzin. 

Die Resultate für E85 liegen im gesamten Drehzahlbereich um 2 %,bei einer Nenndrehzahl 

um 4 % niedriger im Vergleich zu Benzin. 


E85 

E25


Leistung [kW] 

15,5 

15,4 

15,3 

15,2 

15,1 

15 

14,9 

14,8 

14,7 

15,4 

15,2 

0 20 40 60 80 

15 

Ethanol-Anteil [Vol.%] 

Abbildung 5.11: Änderung der Leistung durch die Zumischung von Ethanol, Vollast 7000 min -1 , 


Aus der Abb.5.11 sieht man, dass die Beimischung von Ethanol fast keine Auswirkungen auf 

die Leistung des Motors bei Vollast aufweist. 

Leistung [kW] 

28 

26 

24 

22 

20 

18 

16 

E50 

E85 

3500 4500 5500 6500 7500 8500 


Benzin 

Abbildung 5.12: Vollastkurven mit Verdichtung ε = 9,2 bei Betrieb mit Benzin-Ethanolmischungen im 


Die Abb.5.12 zeigt, dass die Ergebnisse von E50 und E85 beim Betrieb mit einer 

serienmassigen Verdichtung von ε = 9,2 liegen, sehr dicht zur Leistungskurve des 

Ottokraftstoffes. Die Vollastkurven von E50 und E85 liegen leicht oberhalb der 

Leistungskurve von Benzin. Die Abweichung beträgt weniger als 1 %. 


14,8 

100


Abbildung 5.13: Verwendetes Methanol 

Abbildung 5.14: Verwendetes Ethanol 

5.4 Benzin-Methanol-Mischungen 

Die Zumischung vom wasserfreien Methanol zu Benzin macht keine Schwierigkeiten, aber 

bereits geringe Wassermengen führen zur Entmischung (Phasentrennung) des Methanol- 

Benzin-Gemischs. Für den Prüfstandsversuch wird Methanol mit weniger als 0,1 % Wasser 

genommen. Abb. 5.13 

Beim Betrieb mit einer Benzin-Methanolmischung wurde keine Leistungsminderung 

festgestellt. Die Ergebnisse für Benzin-Methanolmischungen, mit größerem Methanolanteil 

(M50, M85) zeigten sogar einen leichten Leistungsanstieg in Bereich der höheren Drehzahl, 

im Vergleich zu Benzin. Abb. 5.15 und Abb. 5.16 



Leistung [kW] 

16 

15,5 

15 

14,5 

14 

13,5 

13 

12,5 

12 

3500 4500 5500 6500 7500 


M85 

Benzin 

M50 

M15 

Abbildung 5.15: Vollastkurven mit Verdichtung ε = 5,2 bei Betrieb mit Benzin-Methanolmischungen im 


Leistung [kW] 

30 

28 

26 

24 

22 

20 

18 

M85 

Benzin 

M50 

M15 

16 

3500 4500 5500 6500 7500 8500 


Abbildung 5.16: Vollastkurven mit Verdichtung ε = 9,2 bei Betrieb mit Benzin-Methanolmischungen im 



6.Interpretation des Ergebnisses Lehrstuhl VFA 

6. Interpretation des Ergebnisses 

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die verschiedenen alternativen Kraftstoffmischungen am 

Motorprüfstand bei Vollast zu untersuchen. Hierbei sollte neben den Vollastverhalten, auch 

die Klopffestigkeit und das Kaltstartverhalten der jeweiligen Kraftstoffmischung betrachtet 

werden. 

Leistung [kW] 

28 

26 

24 

22 

20 

18 

16 

14 

12 

10 

8 

3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 


D30 D50 Benzin Benzin D50 R25 R25 D30 

Abbildung 6.1: Vollastkurve verschiedener Mischkraftstoffen im Vergleich zu Benzin 

oben: Verdichtung ε =9,2; unten: Verdichtung ε =5,2 

Die Ergebnisse am Motorprüfstand zeigten, dass eine Zumischung von 50 (Vol.-%) Diesel zu 

Benzin möglich war, aber wie aus der Abb. 6.1 ersichtlich ist, die Leistung des Motors abfiel, 

insbesondere im höheren Drehzahlbereich. 

Bei den Untersuchungen mit der Rapsöl-Benzinmischung konnte man nur max. 25 (Vol.-%) 

Rapsöl als Zumischung zum Benzin realisieren. Die weitere Erhöhung des Rapsölanteiles 

konnte nicht erfolgen, da der Versuchsmotor sofort aus ging. Das liegt an den deutlichen 

Unterschieden bezüglich der Dichte und der Viskosität. Das Rapsöl hat eine höhere Dichte 

und ist cirka 10 mal so große kin. Viskosität im Vergleich zu Dieselkraftstoff (siehe auch 

Kapitel3.1). In Bezug auf das Leistungsverhalten zeigt D30 die besseren Resultate als die 

R25. Gegenüber dem Ottokraftstoff sind zwar Verschlechterungen erkennbar, aber sind die 

geringfügig. Das Problem für den Einsatz der Benzin-Rapsölmischung für Ottomotoren 



besteht jedoch darin, dass bereits nach kürzester Zeit es zu Phasentrennung im Kraftstofftank 

(siehe Abb. 6.2) kommt. Weiterhin kann dies auch zu Verstopfungen in den 

Kraftstoffleitungen und Vergaserdüsen führen. 

Abbildung 6.2: Phasentrennung bei Benzin-Rapsöl-Mischung 

Leistung [kW] 

15,5 

15 

14,5 

14 

13,5 

13 

12,5 

Benzin D10 D30 D50 R15 R25 E25 E50 E85 

Abbildung 6.3: Leistung des Motors bei 7000 min -1 , Vollast (ε =5,2) 



Leistung [kW] 

27,5 

27 

26,5 

26 

25,5 

25 

24,5 

24 

23,5 

23 

22,5 

Benzin D30 D50 R15 R25 E50 E85 M50 M85 

Abbildung 6.4: Leistung des Motors bei 7000 min -1 , Vollast (ε =9,2) 

Aus der Abb. 6.2 und der Abb. 6.3 ist ersichtlich, dass eine Alternative zum Ottokraftstoff 

die Alkoholmischungen sein könnten. Die Benzin-Alkoholmischungen zeigen bei Vollast fast 

gleiche Werte für max. Leistung im Vergleich zum Ottokraftstoff. 

Für die Benzin-Ethanolmischungen bei Verdichtungsverhältnis ε = 5,2 , mit Ethanolanteil 

größer als 50 (Vol.-%), wurde eine leichte Leistungsminderung festgestellt. Die mögliche 

Ursache dafür ist, dass der ethanolbetriebene Motor eine ungünstigere Gemischverteilung auf- 

grund der geringeren Flüchtigkeit aufweist. 

D10 D30 D50 R15 R25 E50 E85 M15 M50 M85 

Vollast o - - - - - o o o o + 

Kaltstartverhalten o - - - - - - o - o o - 

Klopfverhalten o o o o o + + + + + 

Zündverhalten o o - o - o o o o - 

besser + gleich o schlechter - viel schlechter - - 

Abbildung 6.5: Betriebsverhalten von Mischkraftstoffen im Vergleich zu Benzin 



Während der Untersuchungen auf dem Motorprüfstand wurde festgestellt, dass das 

Kaltstartverhalten bei Betrieb mit folgenden Mischkraftstoffen: D30, D50, R15, R25, M85 

deutlich schlechter ist, insbesondere D50 und R25. Um den Betrieb mit diesen 

Mischkraftstoffen zu realisieren, sollte man zuerst den Motor vorwärmen (ca. 5 min laufen 

lassen mit Benzin). 

Bei allen untersuchten Kraftstoffen wurde keine Kopfendeverbrennung beobachtet, vor allem 

bei Benzin-Alkoholmischungen, da die Zumischung der hochklopffesten Alkohole zu den 

Kohlenwasserstoffen des Benzins die Klopffestigkeit des Mischkraftstoffes erhöht. 


7.Zusammenfassung Lehrstuhl VFA 

7. Zusammenfassung 

Im Rahmen dieser Studienarbeit wurden verschiedene Kraftstoffmischungen, als Alternative 

zu herkömmlichem Benzin, bei der ottomotorischen Verbrennung auf das Vollastverhalten 

unter Berücksichtigung der Kraftstoffeigenschaften untersucht. 

Als Versuchsträger diente ein 1-Zylindermotor der Fa. Bombardier ROTAX GmbH mit dem 

Verdichtungsverhältnis ε = 9,2. Der Motor wurde, neben dem originalen Verdichtungsverhält- 

nis , noch mit einem geringerem Verdichtungsverhältnis ε = 5,2 als Vergleichsbasis betrieben. 

Zur Beurteilung des Leistungsverhalten diente die Betrachtung der Vollastlinie. 

Die Ergebnisse am Motorprüfstand zeigten, dass die besser geeigneten Kraftstoffmischungen 

für Ottomotoren sind die Benzin-Alkohol-Mischungen. Sowohl für das 

Verdichtungsverhältnis ε =5,2 , als auch für das Verdichtungsverhältnis ε =9,2 machte es 

keine Schwierigkeit das Betrieb mit diesen Mischungen zu realisieren. 

Der Betrieb mit Benzin-Diesel-Mischungen ist zwar auch möglich, aber nur mit geringem 

Dieselanteil bis ca. 30 (Vol.-%). Der Motor muss auf diesen Mischkraftstoff abgestimmt sein, 

um den einwandfreien Betrieb ( Kaltstart, Vollast, Leerlauf ) zu gewährleisten. Der Einsatz 

von Benzin-Diesel-Mischungen in Ottomotoren hat keine praktische Bedeutung, da die Preis 

auf beide Kraftstoffen zur Zeit fast gleich sind. 

Die Rapsöl-Benzin-Mischkraftstoffe sind für den Einsatz in Ottomotoren nicht geeignet, da 

es bereits schon bei 15 Vol.-% Rapsöl zu einem deutlichem Leistungsabfall kommt. 

Die Verwendung von Alkohol-Benzin-Mischkraftstoffen erfordert einige 

Anpassungsmaßnahmen am Motor und am Fahrzeug. Um die höheren Oktanzahlen von 

Alkohol-Benzin-Mischkraftstoffen völlig ausnutzen zu können, muss die Verdichtung des 

Motors erhöht werden. Bei Vergasermotoren muss der Vergaser auf den höheren 

Kraftstoffbedarf und ein mageres Gemisch eingestellt werden. 

Der geringere Energiegehalt der Alkohole führt zur Erhöhung des spezifischen 

Kraftstoffverbrauchs. Deswegen benötigen, die mit Alkohol-Benzin-Mischkraftstoffen 

betriebenen Fahrzeuge, einen größeren Tankinhalt, als mit Benzin betriebene Fahrzeuge, um 

die gleiche Reichweite ( mit einem Volltank) zu gewährleisten. 

Aufgrund des niedrigeren Dampfdruckes und der hohen Verdampfungswärme von Alkoholen, 

gibt es Schwierigkeiten mit dem Kaltstart des Motors. Bei Vergasermotoren ist das schon bei 

Temperaturen unter +10 ° C deutlich erkennbar. 

Zur Verbesserung des Kaltstarts des Motors kann man 4 – 6 Vol.-% Isopentan oder 6 – 8 

Vol.-% Dimethylether (DME) zumischen. Die zweite Möglichkeit zur Verbesserung des 

Kaltstartverhaltens ist die Wärmezufuhr durch eine elektrische Heizung. 


7.Zusammenfassung Lehrstuhl VFA 

Die erste Versuche mit Alkoholkraftstoffen wurden bereits 1860 von Nikolaus August Otto an 

seinem Verbrennungsmotor durchgeführt. Damals war Benzin günstiger als 

Alkoholkraftstoffen. Aus finanziellen Gründen lohnt sich der Einsatz von Alkoholkraftstoffen 

noch nicht, da aufgrund des niedrigeren Heizwertes von Alkoholen ein 

Kraftstoffmehrverbrauch entsteht. 

Der Einsatz von Mischungen aus Benzin und Alkoholen, als Kraftstoff für Ottomotoren bietet 

ein großes Potenzial für zukünftige Motorenentwicklungen.. 


8.Literaturverzeichnis Lehrstuhl VFA 

8. Literaturverzeichnis 

1. Stan, C. : Alternative Antriebe für Automobile, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005 

2. Stoffregen, J. : Motorradtechnik, Grundlagen und Konzepte von Motor, Antrieb und 

Fahrwerk, Viehweg Verlag, 4.Auflage Februar 2001 

3. Merker, G.P./Stiesch, G.: Technische Verbrennung, Motorische Verbrennung, Stuttgart ; 

Leipzig : Teubner, 1999 

4. Kuratle, R. : Motorenmesstechnik, Vogel Fachbuch, 1.Auflage 1995 

5. Breitbach, H. : Experimentelle Untersuchung zu den Ursachen von Materialschäden bei 

klopfender Verbrennung, Shaker Verlag, Aachen 1996 

6. Klee, P. H. : Charakterisierung verschiedener Pflanzenölkraftstoffe hinsichtlich ihrer 

Eignung als Dieselkraftstoffsubstituten unter besonderer Berücksichtigung ihre chemischen 

und physikalischen Eigenschaften, VDI Verlag 1999 

7. Menrad, H./König, A. : Alkoholkraftstoffe, Springer-Verlag, Wien 1982 

8. Grohe, H. : Otto- und Dieselmotoren, Vogel Fachbuch, 12.überarb. Auflage 2000 

9. Schol, D. : Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss von Kraftstoffkomponenten auf 

Verbrennung, Kraftstoffumsatz und Abgasmissionen beim ottomotorischen Kaltstart, 

Forschungsbeichte, Universität Karlsruhe(TH), Fraunhofer IRB Verlag,2001 

10. Bundesinitiative BioEnergie BBE :Kraftstoffe der Zukunft BBE- Fachkongress für 

Biokraftstoffe, Tagungsband, Berlin Dezember 2002 

11. Schön, H. : Begleitforschung zur Standardisierung von Rapsöl als Kraftstoff für 

pflanzenöltaugliche Dieselmotoren in Fahrzeugen und BHKW, Technische Universität 

München, Abschlussbericht , August 2000 

12. Höhlein, B./Grube, T./Biedermann, P : Methanol als Energieträger, Schriften des 

Forschungszentrum Jülich GmbH, Reihe Energietechnik, Band 28 

Webseiten: 

a) http://www.mz-b.de 

b) http://www.juwel.fz-juelich.de 

c) http://www.tfz.bayern.de 

d) http://www.fnr.de/ethanol/ 


Anhang Technische Zeichnungen 

Erstellt von Rodion Wagner A1

Anhang Technische Zeichnungen 

Erstellt von Rodion Wagner A2

1 Einleitung/Zielsetzung - Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen ...

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