Untersuchungen zum Einsatz von Alkoholen in modernen Ottomotoren

Dyckmans, Jan

Motiviert durch die aktuellen Trends der Motorenentwicklung und die sich abzeichnenden Kraftstoffszenarien der nahen Zukunft wird im Rahmen dieser Arbeit der Einsatz von Alkoholen als Benzinsubstitut bewertet. Unter Berücksichtigung der Randbedingungen eines modernen Downsizingkonzepts wird so der Beitrag der alternativen Kraftstoffe zu einer wirkungsvollen Reduktion der CO2-Emissionen untersucht. Betrachtet wird die gesamte Prozesskette von der Gemischbildung über die Verbrennung bis zu den Emissionen. Zunächst erfolgt eine Bewertung der fünf einfachsten Alkohole anhand ihrer für den Verbrennungsrozess relevanten Stoffeigenschaften. Untersuchungen zum Dosierverhalten etablierter Injektorkonzepte zeigen den Einfluss der im Vergleich zu Benzin veränderten Stoffeigenschaften. Mittels speziell angepasster optischer Messtechnik werden u.a. die geometrischen Spraygrößen und die Zerstäubungsgüte bewertet. Die Ergebnisse aus dem Stationärversuch werden anschließend auf den Motorbetrieb unter instationären Bedingungen übertragen. Neben grundlegenden Untersuchungen zur Verbrennung in verschiedenen Lastzuständen wird auch der Einfluss einer Anhebung des Verdichtungsverhältnisses betrachtet. Verschiedene Ansätze zur Wirkungsgradsteigerung werden miteinander verglichen und bewertet. Die Arbeit schließt mit der Untersuchung eines Systemansatzes, bei dem ein zusätzlicher klopffester Kraftstoff bedarfsgerecht zudosiert wird. Ziel hierbei ist, die Klopfgrenze eines Downsizingmotors anzuheben und so den Wirkungsgrad zu verbessern.

Motivated by the current trends in engine technology development and by the upcoming fuel scenarios of the near future the use of alcohols as a substitute of gasoline is evaluated. Considering the boundary conditions of a modern downsizing concept the alternative fuel's contribution to an efficient reduction of CO2 emissions is investigated. The engine's entire process chain of mixture formation, combustion, and emissions is examined. First of all five different alcohols are assessed by their physical and chemical properties relevant to the combustion process. Investigations on the dosing behavior of established injector concepts reveal different reactions to the changed fuel properties. Specially adapted optical measurement techniques are used to examine the geometric properties of the fuel sprays and the quality of spray atomization. The results of the stationary investigations are transferred to the transient conditions of the engine operation. Besides fundamental research on combustion at different operating points the influence of increasing the compression ratio is analyzed. Different scenarios to improve the efficiency are compared and evaluated. Finally a system concept is investigated injecting a knock-resistant fuel appropriately to increase efficiency by advancing the knock limit of a downsized engine.

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Dyckmans, Jan: Untersuchungen zum Einsatz von Alkoholen in modernen Ottomotoren. 2015.

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