NTROPYX und die Entropie der Verbrennung.

Diese Notiz zeigt zunächst, dass eine Senkung der Zustandsentropie des Kraftstoffs bei unveränderter Enthalpie seine Exergie nur um etwa 2 % seines unteren Heizwerts erhöhen würde, selbst an der unerreichbaren Grenze der Entropie null. Vollständig in Arbeit umgewandelt, entspricht diese Obergrenze einer Verbrauchssenkung von 3,4 bis 6,1 % für vier reine Referenzkohlenwasserstoffe und einen effektiven Wirkungsgrad von 30 bis 50 %, etwas mehr für einen handelsüblichen Kraftstoff.

Anschließend formuliert sie die Aussagen der Virgo Global Energy SA zu NTROPYX: drei davon (A1, A3, A4) in widerlegbarer Form, die vierte (A2), zur Art des Eingriffs, ohne Beleg. Da die beanspruchte Wirkung die Umwandlung betrifft (A1), formuliert die Notiz A3 und A4 beschränkt auf Analysen der Zusammensetzung und der Eigenschaften, ohne Zündwilligkeit.

Schließlich beschreibt sie die genormten Methoden und das Prüfstandsprotokoll, mit denen ein unabhängiges Labor sie bestätigen oder widerlegen kann.

Die Notiz beschreibt weder die Art des Eingriffs noch seine Umsetzung noch seine Anwendungsbedingungen: Diese bleiben Betriebsgeheimnis. Die zitierten Quellen betreffen das physikalische Problem und die Nachweismethode.

Jede Tabelle, jede Abbildung und jede Aussage trägt ihren Status: Literatur für eine veröffentlichte Tatsache, nachvollziehbare Rechnung für ein Ergebnis, das der Leser aus öffentlichen Daten nachrechnen kann, Aussage von Virgo für das, was das Unternehmen vorbringt und diese Notiz nicht belegt, nicht belegt für eine Aussage, die diese Notiz weder bestätigen noch widerlegen kann.

Die Motorstudien der Tabelle 1 stellen die Verbrennung an die erste Stelle der Exergievernichtung [3–5]; Alkidas stellt sie nach dem Wärmeübergang an die erste Stelle der Irreversibilitäten [6]. Ihre Methoden und Bezugsgrößen unterscheiden sich.

Bei unveränderter Enthalpie würde eine Senkung Δs der Zustandsentropie die Exergie des Kraftstoffs um T₀·|Δs| erhöhen. Die absolute Obergrenze dieses Wegs entspricht s → 0, einer bei Umgebungstemperatur unerreichbaren Grenze. Tabelle 2 beziffert diese Obergrenze für vier reine Referenzkohlenwasserstoffe anhand von NIST-Daten [8].

Diese unerreichbare Obergrenze bleibt in der Größenordnung von 2 % des Hu, während allein die adiabate Verbrennung 5 bis 25 % der Exergie der Reaktanten vernichtet [1] (Abbildung 1). Eine Verbrauchssenkung bezieht sich jedoch auf die Nutzarbeit, nicht auf den Hu.

Eine Senkung der Zustandsentropie des Kraftstoffs kann daher keine Verbrauchssenkung erklären, die größer ist als E / (η + E), wobei η der effektive Wirkungsgrad im als Hauptkriterium gewählten Betriebspunkt ist. Die chemische Energie pro Kilogramm wird gesondert durch Kalorimetrie begrenzt (Methoden). Der andere Hebel ist die Umwandlung selbst: die Exergie, die sie vernichtet, T₀·S_gen, und die Exergie, die mit dem Abgas, dem unverbrannten Kraftstoff und der Kühlung verloren geht.

ISO 4259-1 definiert die Wiederholpräzision r und die Vergleichpräzision R als Grenzen für die Differenz zweier einzelner, unabhängiger Ergebnisse an identischem Material bei normaler und korrekter Anwendung der Methode: Eine rein zufällige Differenz überschreitet sie nur mit einer Wahrscheinlichkeit von 5 %. r gilt unter Wiederholbedingungen (gleicher Bediener, gleiches Gerät, gleiches Labor, kurzer Zeitabstand); R gilt zwischen Laboren [14]. Beide Spezifikationen verweisen zur Auswertung der Ergebnisse auf ISO 4259-2 [15].

Zwei Ergebnisse, deren Differenz unter r oder R bleibt, sind bei der Auflösung der Methode mit demselben wahren Wert vereinbar; sie beweisen nicht die Identität der Proben, da der wahre Wert nie exakt feststeht [15].

Über N in einem Labor analysierte Paare wird die mittlere Differenz mit einem gepaarten Test beurteilt. Bei gleicher Streuung ist dieser Test ab etwa vier Paaren feiner als r und ab etwa acht deutlich feiner. Der Schluss auf keinen Unterschied erfordert eine vor der Messung angegebene Äquivalenzmarge und einen Äquivalenztest; ein nicht signifikantes Ergebnis genügt nicht.

Die Bombenkalorimetrie [16] misst die Verbrennungswärme jeder Charge. Behandelter Kraftstoff und Referenzkraftstoff werden im selben Labor verglichen, vorzugsweise nach ASTM D4809, mit mindestens drei Wiederholungen je Charge, über das Konfidenzintervall ihrer Differenz und eine vorab festgelegte Marge m, ausgedrückt als Anteil am Hu. Liegt dieses Intervall innerhalb der Marge, kann eine Senkung des Massenverbrauchs über m / (η + m) hinaus beim gewählten Konfidenzniveau nicht einem Zuwachs an chemischer Energie pro Kilogramm zugeschrieben werden.

Zusammen schließen diese Grenze und die Grenze der Zustandsentropie aus dem Abschnitt Entropie auf der Kraftstoffseite eine Senkung des Massenverbrauchs über (m + E) / (η + m + E) hinaus aus. Der energiebezogene Verbrauch (Protokoll) gleicht eine gemessene Hu-Differenz bereits aus.

Normativer Rahmen.

Leistung und Kraftstoffverbrauch eines Motors werden nach ISO 3046-1:2002 angegeben [18]. Die stationären Prüfzyklen von ISO 8178-4:2020 bieten ein anerkanntes Raster, um die Messpunkte einer Laborkampagne vorab festzulegen [19]. Am Fahrzeug misst SAE J1321 die Verbrauchsänderung eines bestimmten schweren Fahrzeugs nach einer Änderung, mit einem Referenzfahrzeug im Tandem [20]; SAE J1526 vergleicht Fahrzeuge untereinander und darf nicht zur Bewertung eines Bauteilwechsels verwendet werden [21].

Messung.

Der Kraftstoffmassenstrom wird vorzugsweise durch direkte Gravimetrie gemessen, deren gesetzliche Linearitätskriterien strenger sind als die eines Durchflussmessers [22]. Ein Vergleich zwischen zwei Prüfständen addiert deren Kalibrierfehler zur gemessenen Differenz; die Differenz wird durch einen gepaarten Vergleich auf derselben Messtechnik ermittelt, bei dem sich gemeinsame Kalibrierfehler aufheben.

Das Unsicherheitsbudget folgt dem GUM [23]. Der Verbrauch wird mit dem gemessenen Hu jeder Charge auf die Energie bezogen (MJ pro kWh), und die Unsicherheit dieser Messung geht in das Budget ein. Die Kohlenstoffbilanz des Abgases [24] prüft die gravimetrisch gemessene gepaarte Differenz innerhalb einer im Protokoll angegebenen Toleranz: Sie erkennt einen groben Fehler; sie ersetzt die gravimetrische Messung nicht.

Messplan.

Protokoll und Auswertungsplan werden vor jeder Messung hinterlegt: Betriebspunkte, Hauptkriterium, beanspruchter Umfang, Äquivalenzmarge, Entscheidungsschwellen. Eine homogenisierte Ausgangscharge liefert behandelte Chargen und Referenzchargen in gleicher Zahl, mindestens drei von jeder Art. Abgesehen vom Eingriff werden behandelte Chargen und Referenzchargen identisch gehandhabt.

Ein Dritter lost die Zuordnung jeder Charge als behandelt oder Referenz aus und codiert sie; die von diesem Dritten festgestellten Anwendungsmodalitäten des Eingriffs stehen in einem vertraulichen Anhang. Bediener und Auswerter kennen den Code bis zum Einfrieren der Daten nicht. Die Charge ist die statistische Einheit des Hauptkriteriums: Die Zahl der Chargenpaare wird mit Tabelle 4 bemessen, anhand von σ_d aus einer Kampagne A gegen A, einschließlich der Streuung zwischen Chargen.

Die Messungen wechseln zwischen behandeltem Kraftstoff und Referenzkraftstoff nach einem ausgewogenen Cross-over-Plan, zum Beispiel ABBA, in zufälliger Reihenfolge; die Bedingungen für den Kraftstoffwechsel und die Prüfung auf Übertragungseffekte werden im Protokoll festgelegt. Der Kontrast (B₁ + B₂ − A₁ − A₂)/2 hebt jede lineare Drift des Prüfstands auf. Das Motorsteuergerät wird eingefroren oder alle seine Parameter werden aufgezeichnet, da ein adaptives Steuergerät eine Differenz erzeugen oder verdecken kann. Eine vorgelagerte Kampagne A gegen A, nur mit Referenzchargen, schätzt die Streuung der Differenzen und prüft die Rate falsch positiver Ergebnisse.

Niedrige Variationskoeffizienten wurden auf einem Rollenprüfstand im Fahrzyklus von einem Labor erzielt, das seine Störgrößen beherrschte [25]; sie lassen sich nicht unverändert auf einen Motorprüfstand im stationären Betrieb übertragen.

Die Zahl der Chargenpaare wird anhand von σ_d aus einer Kampagne A gegen A festgelegt, einschließlich der Streuung zwischen Chargen: Man liest die ABBA-Spalte, indem man c durch σ_d ersetzt, oder die AB-Spalte, indem man c durch σ_d/√2 ersetzt; das c je Messung bemisst nur die Zahl der Durchgänge je Charge. Der Äquivalenznachweis wird gesondert bemessen, mit n = ((t_1−α/2 + t_1−β/2)·σ/δ)², wobei δ die Äquivalenzmarge ist; das Protokoll übernimmt die größere der beiden Zahlen.

Diagnose.

Über den Verbrauch hinaus misst der Prüfstand die Größen, die die Bilanz erfordert: indizierte Arbeit, Abgas, Kühlung, limitierte Emissionen. Bei gleichem Heizwert verlangt der erste Hauptsatz, dass sich die Summe der gemessenen Terme um ebenso viel ändert wie die Energie des verbrauchten Kraftstoffs; das Protokoll prüft diese Konsistenz innerhalb der vorab angegebenen Schließungsunsicherheit der Bilanz. Die gepaarte Exergiebilanz teilt die Änderung anschließend in vernichtete und verlorene Exergie auf (A1).

Widerlegungskriterium.

Der beanspruchte Umfang Δ, in Prozent des energiebezogenen spezifischen Kraftstoffverbrauchs im als Hauptkriterium angegebenen Betriebspunkt oder Zyklus, wird bei der Hinterlegung des Protokolls schriftlich übergeben; die Äquivalenzmarge ist strikt kleiner als Δ. Dieser Umfang ist widerlegt, wenn die obere Grenze des 95-%-Konfidenzintervalls der Senkung unter Δ liegt; ist zusätzlich die untere Grenze positiv, besteht eine Wirkung, die kleiner ist als beansprucht.

Aussage A1 ist in der im Protokoll angegebenen Form widerlegt, wenn dieses 95-%-Intervall vollständig innerhalb der Äquivalenzmarge liegt. Ein Intervall, das sowohl null als auch Δ enthält, lässt das Ergebnis offen; dieser Fall bleibt mit der Bemessung nach Tabelle 4 möglich und erlaubt weder eine Schlussfolgerung noch eine im Protokoll nicht vorgesehene Verlängerung der Kampagne.

Der Lieferant akzeptiert vor der Kampagne schriftlich, dass ein Ergebnis, das dem Widerlegungskriterium entspricht, als Widerlegung gilt. Das Protokoll verlangt, dass ein zweites unabhängiges Labor die Wirkung reproduziert und dass alle Daten veröffentlicht werden, auch die ungünstigen.

Präzedenzfälle.

Die US EPA weist darauf hin, dass ihr Bewertungsprogramm für Nachrüstgeräte kein Produkt genehmigt oder zertifiziert [26] und dass die meisten in früheren Jahren bewerteten Geräte eine neutrale oder negative Wirkung auf Verbrauch oder Emissionen hatten [27]. Die Federal Trade Commission verlangt für jede Behauptung einer Kraftstoffeinsparung einen wissenschaftlichen Beleg [28].

Die US-Bundesvorschrift 40 CFR Part 610 listet die Gültigkeitskriterien für von einem Hersteller vorgelegte Daten auf, darunter die Offenlegung aller Ergebnisse, positiver, negativer oder offener, und die Unabhängigkeit des Labors [24]. Das obige Protokoll übernimmt diese Anforderungen.

A3 und A4 werden nur in beschränkter Form formuliert, für Analysen der Zusammensetzung und der Eigenschaften, ohne Zündwilligkeit, die zur Umwandlung gehört (A1).

Diese Notiz übernimmt die anderweitig veröffentlichten Prüfstandsmessungen nicht; jeder beigefügte Bericht muss die Methoden, die Zahl der Chargen und Paare, die Äquivalenzmarge und die Unabhängigkeit des Labors angeben.

Die Prozentwerte der Exergievernichtung in Tabelle 1 stammen aus unterschiedlichen Methoden (Rechnung, Simulation, Messdaten, Messungen) und unterschiedlichen Bezugsgrößen (Exergie der Reaktanten, Exergie des Kraftstoffs, Gesamtverluste, verlorene Leistung und eine von ihrer Quelle nicht angegebene Bezugsgröße). Eine vollständige Aufschlüsselung der Exergie eines realen Motors wird hier mangels geprüfter Quelle nicht wiedergegeben.