Auspuffanalyse

Auspuffanalyse bei Explosionsmotoren. Bei vollständiger Verbrennung von Brennstoffen, die hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff zusammengesetzt sind, kann man durch Analyse der Verbrennungsprodukte und ihre Auswertung auf rechnerischem oder graphischem Wege auf das Verhältnis der Ausgangsstoffe Rückschlüsse ziehen [1]. Unzuverlässig sind diese Methoden bei unvollständiger Verbrennung. Es genügt nicht, allein den Kohlensäuregehalt der Abgase zu bestimmen, vielmehr muß die Gasanalyse derart sein, daß man durch sie feststellen kann, ob das eingestellte Gasluftgemisch richtig und eine vollständige Verbrennung eingetreten ist. Eine Unvollständigkeit der Verbrennung ist nicht immer auf ein falsches Mischungsverhältnis zurückzuführen Auch falsche Zündereinstellung, mangelnde Zündung, schlechte Vorwärmung u.s.w. können unvollständige Verbrennung und damit zu hohen Brennstoffverbrauch verursachen Das Verbrennungsgemisch muß so zusammengesetzt und der Vergaser so eingestellt sein, daß der Brennstoff möglichst vollständig, rußfrei und wirtschaftlich verbrennt. Ein an Brennstoff zu armes Gemisch vermindert die Motorleistung schadet dem Motor nicht und erhöht innerhalb weiter Grenzen auch nicht der Brennstoffverbrauch. Mithin ist ein zu gasarmes Gemisch immer noch besser als ein zu reiches. Das wirtschaftliche Gemisch liegt bei 20% Luftüberschuß und gewährleistet bei hoher Motorleistung und größter Betriebssicherheit der Maschine den geringsten Brennstoffverbrauch. Nur in Ausnahmefällen kann[58] man mit etwas weniger Luftüberschuß (etwa 10%) arbeiten, wenn es z.B. bei Rennen gilt, aus dem Motor eine möglichst hohe Leistung herauszuholen.

Um ein klares Bild des eingeteilten Mischungsverhältnisses von Gas zu Luft und der Verbrennungsgüte (Vollständigkeit der Verbrennung) zu gewinnen, untersucht man die Auspuffgase auf ihren Gehalt an Kohlensäure und Sauerstoff. Auf den weiter unten beschriebenen von Wa. Ostwald aufgestellten Rechentafeln kann man alsdann den Luftüberschuß und die Verbrennungsgüte (Kohlenoxydgehalt) ablesen.

Die verschiedenen Brennstoffe enthalten auch verschieden viel Kohlenstoff und Wasserstoff. Deshalb müssen die Verbrennungsgase (Auspuffgase) bei Verbrennung mit der gerade ausreichenden Menge Luft verschieden große Produkte der vollkommenen Verbrennung enthalten. Der Kohlenstoff mit dem Luftsauerstoff verbrannt ergibt Kohlensäure, der Wasserstoff Wasser. Der Wassergehalt wird in der Auspuffanalyse nicht bestimmt, da er durch Kondensation bei der Abkühlung der Auspuffgase verschwindet und der Wasserstoff auch bei ungünstigem Gemisch meist völlig verbrennt. Um so wichtiger ist dagegen der Kohlensäuregehalt. Beispielsweise enthalten die Auspuffgase bei 0% Luftüberschuß, also bei völliger Verbrennung, im höchsten Falle für Benzol 17,5% Kohlensäure, für Benzin 14,4%. Je mehr Kohlenstoff der Brennstoff enthält, um so mehr müssen auch die berechneten Auspuffgase enthalten. Bei einem bestimmten Gemisch zeigen sich nun an: Ein Luftüberschuß durch Sinken des Kohlensäuregehaltes und Anwesenheit von Luftsauerstoff, Luftmangel durch Auftreten von Kohlenoxyd (halb verbranntem Kohlenstoff). Bei Abweichung von der für ein bestimmtes Brennstoffgemisch theoretisch besten Zusammensetzung der Auspuffgase zeigt sich deshalb jedesmal eine Erniedrigung des Kohlensäuregehaltes. Erscheint dazu Kohlenoxyd, so ist durch irgendeine Ursache mangelhafte Verbrennung eingetreten. Wird überschüssiger Sauerstoff festgestellt, ist meist Luftüberschuß daran schuld.

Die Auswertung der Analysen geschieht mit Hilfe der Ostwaldschen Fluchtlinienrechentafeln, wie sie in Fig. 1–3 für Benzin, Benzol sowie ein Gemisch aus gleichen Teilen Benzin und Benzol wiedergegeben sind. Auch für andere Gemische (Benzolspiritus u.a.) sind derartige Rechentafeln aufgeteilt worden. Auf der linken Skala der jeweiligen Rechentafel trägt man die gefundene Prozentzahl Kohlensäure auf, auf der rechten den ermittelten Sauerstoffgehalt und verbindet die beiden eingetragenen Punkte durch eine Gerade. Der Schnittpunkt der Geraden mit den beiden mittleren senkrechten Linien gibt alsdann unmittelbar den sogenannten Luftfaktor (Luftüberschuß bezw. Luftmangel in %), ferner die Verbrennungsgüte (1,0 = tadellose Verbrennung) oder auch die Prozente an schädlichem Kohlenoxyd an. Schneidet eine Linie die Mittellinie nicht oder reicht die Tafel nicht aus, so liegt entweder eine falsche Analyse vor oder es ist eine nicht[59] passende Rechentafel benutzt worden. Beispielsweise sei (Fig. 3) gefunden bei Benutzung von Benzol 14,5% Kohlensäure, 3,6% Sauerstoff. Die Linie schneidet 1. bei 20% Luftüberschuß (Luftfaktor 0,83) also tadelloses wirtschaftliches Gemisch, 2. 0% Kohlenoxyd, also einwandfreie Verbrennung. Diese Methode gilt aber nicht nur für Kraftwagen, sondern auch für stationäre Verpuffungsmaschinen und Feuerungsanlagen [2]. Die Entnahme der Gasproben erfolgt unmittelbar durch eine Kupferrohr-Gummischlauchleitung aus der Auspuffleitung. Das Kupferrohr wird durch natürliche Reibung hier so festgeklemmt, daß seine Mündung d (Fig. 4) vor Verschmutzen geschützt ist. Die Untersuchung der in einer Gaspipette (Fig. 5) aufgefangenen Gasprobe erfolgt dann in einem Gasuntersuchungsapparat nach Orsat, Bunte, Hempel oder anderen.

Literatur: [1] Strache, Gasbeleuchtung und Gasindustrie, Braunschweig 1913, S. 66. – [2] Stahl und Eisen 1919, Heft 23; Chem.-Ztg. 1919, Nr. 52; Feuerungstechnik, VII. Jahrg., Heft 7, S. 53; Allgem. Autom. Ztg. 1919, XX. Jahrg., Heft 14, S. 15; Motorfahrer 1919, Heft 8, S. 7; 1916, Heft 50, S. 3.

Brandenburg.

Fig. 1., Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.