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Für kolbenrotorgetriebene Flugzeuge gibt es heutzutage nur noch eine Treibstoffsorte: Avgas 100 LL (in Einzelfällen,
z.B. für Motorsegler, kann Kfz.-Benzin
- Mogas - verwendet werden). Avgas hat eine Klopffestigkeit von 100 Oktan. "LL" bedeutet "Low Lead", ein Hinweis, daß der Kraftstoff einen niedrigen Bleitetraäthylgehalt hat (0,56 g/l). Diese Sorte ist erkennbar an ihrer blauen Einfärbung. Um unkontrollierbare Bleiablagerungen im Verbrennungsraum zu verhindern, ist noch eine gewisse Menge Äthylendibromid hinzugefügt.
Für die Verbrennung von Flugbenzin braucht man etwa die 14,5-fache Menge an Luft. Ist weniger Treibstoff vorhanden, ist das Gemisch "arm" oder "mager" (min. 12:1), im anderen ,Fall wird es als "reich" oder "fett" bezeichnet (max.
17,5:1).
Gemischbildung
Der angesaugten Luftmenge wird im Motor mit Hilfe der Gemischbildungsanlage (Vergaser oder Einspritzsystem) eine bestimmte Menge Kraftstoff zugemischt.
Die Zusammensetzung des Kraftstoff-LuftGemisches hat gravierenden Einfluß sowohl auf den Kraftstoffverbrauch als auch auf die Abgasemission. Sie wird durch die Luftzahl r beschrieben. Unter dieser Zahl r versteht man das Verhältnis zwischen der tatsächlich dem Motor zugeführten Luftmenge und derjenigen, die zur vollständigen Verbrennung des Kraftstoffes notwendig ist. Entspricht die tatsächliche Luftmenge genau der theoretisch nötigen, so hat die Zahl r den Wert 1.
Das Diagramm 1 zeigt, wie sich die Luftzahl r auf den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission in einem bestimmten Betriebspunkt auswirkt. "Fette" Gemische (r kleiner als 1) haben sowohl hohe Emissionen an Kohlenronoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) wegen unzureichender Sauerstoffmenge zur Folge, als auch hohen Kraftstoffverbrauch.
Die Leistung des Motors nimmt mit der Höhe ab, weil durch den abnehmenden (statischen) Luftdruck weniger Luftanteile in die Zylinder strömt. Das Gemisch wird dann sogar reicher als am Boden. Im nun weniger gut gefüllten Zylinder ist mehr Kraftstoff als mit dem vorhandenen Sauerstoff verbrannt werden kann. Der überschüssige Kraftstoff wird aber mit erwärmt, er verbraucht Wärme und das verhindert, daß sich im Motor eine optimale Temperatur einstellt.
Das Gemisch muß der Höhe bzw. dem geringeren statischen Druck angepaßt werden. Das geschieht, mit der Gemischeinstellung (Mixture). Die Verbrennungstemperatur erreicht ihren höchsten Wert (beste Leistung), wenn das Verhältnis Luft zu Kraftstoff gerade richtig ist.
Zum besseren Verständnis: Bei der höchsten Abgastemperatur ist das günstigste Verhältnis von Kraftstoff zu Luft erreicht. Ist mehr Luft als nötig im Zylinder, wird der Motor durch die Luft gekühlt. Das Gemisch ist zu arm. Im anderen Fall wird der Motor durch den überschüssigen Kraftstoff gekühlt.
Verbrennung und Abgase
Bei der Verbrennung wird die im Kraftstoff vorhandene chemische Energie in Wärme und ausgehend von ihr in mechanische Arbeit umgewandelt. Wie bei jeder Verbrennung wird dabei chemische Energie umgesetzt und Abgas erzeugt.
Bei der - nur theoretisch möglichen vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entstehen als Abgas nur Kohlendioxid (C02) und Wasserdampf (H20). Beide sind nicht giftig.
Es ist jedoch keine technische Verbrennung bekannt, die wirklich vollständig abläuft. Bei der Verbrennung im Kolbenrotor entstehen neben Kohlendioxid und Wasserdampf über tausend unterschiedliche chemische Verbindungen. Die wesentlichen davon sind schematisch in der Gleichung dargestellt:
Die Gleichung zeigt: Über 98 % der Abgase eines Ottorotors bestehen aus Kohlendioxid, Wasserdampf, Stickstoff und Sauerstoff, sind also unschädlich. Nur knapp 2 % werden als Schadstoffe bezeichnet.
Treibstoffverbrauch
Die Einstellung des richtigen Gemisches hat auch einen Einfluß auf den Treibstoffverbrauch. Die höchste Leistung des Triebwerkes ist im Bereich des reicheren Gemisches zu finden. Diese Einstellung wird genutzt beim Start und bei Steigflügen. Da es sich hier jedoch nur um kurze Zeiten handelt, es sind nur einige Minuten, ist der erhöhte Schadstoffausstoß vertretbar.
Anders dagegen im Reiseflug. Hier wird auf längere Zeit sowieso nur Teillast vom Motor gefordert, üblicherweise etwa
65 % der Maximalleistung. Betreibt man den Motor im mageren Bereich, sinkt zwar insgesamt die mögliche Leistungsausbeute, aber wichtiger, der spezifische Treibstoffverbrauch geht erheblich zurück. Das spart nicht nur Kosten, sondern verringert auf zweierlei Weise auch den Schadstoffausstoß: Zum einen sinken bei einer Magereinstellung mit einer Luftzahl von etwa r = 1,2 die Schadstoffanteile, zum anderen ist durch den geringeren Verbrauch auch die Abgasmenge geringer und damit die Schadstoffmenge. Die Zusammenhänge zeigt Diagramm 2.
© LBA - Referat Flugsicherheit, 1993
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