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Chemischer
Gleichgewichtsrechner

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Motorische Verbrennung
Die zum Teil kontroversen Forderungen in der Motorenentwicklung nach besseren Fahrleistungen bei niedrigerem Kraftstoffverbrauch unter Einhaltung sehr niedriger Emissionsgrenzwerte erfordert die Erforschung grundlegender Zusammenhänge des motorischen Verbrennungsprozesses. Von großer Bedeutung hierbei sind die Wechselwirkungen von chemischen Reaktionen mit Impuls-, Wärme- und Stofftransport in der instationären Strömung.

Eine wichtige Zielsetzung zur besseren Energienutzung und Reduktion des Schädigungspotentials des Verkehrs ist es daher die Kenntnisse der Grundlagen auf dem Gebiet der motorischen Verbrennung zu erweitern und damit Verbesserungen der Verbrennungsprozesse zu ermöglichen.

 

Im Rahmen dieses Schwerpunkts werden folgende Forschungsprojekte bearbeitet:


Methanmotoren für Personenkraftwagen
(MetCar)
Heutige Erdgasmotoren für PKW basieren auf Benzinmotoren und sind nicht konsequent für die Methanverbrennung optimiert. Mit seiner hohen Klopffestigkeit bietet bereits Erdgas gegenüber Benzin ein signifikantes Effizienzsteigerungspotenzial. Dies kann durch EE-C-Methan mit hohen Methangehalten und einer damit einhergehenden höheren Klopfresistenz (höhere Methanzahl) noch erhöht werden, da wirkungsgradsteigernde hohe Kompressionsverhältnisse bei gleichzeitig sehr hohen Aufladegraden ermöglicht werden.
Um die hohen Wirkungsgrade bei gleichbleibendem Fahr- und Verschleißverhalten zu ermöglichen, sind bei der Entwicklung eines optimierten Motors zahlreiche Teilaspekte wichtig, die umfassend im Projekt bearbeitet werden. Hierzu gehören insbesondere motortechnische Anpassungen der Spitzendruckfähigkeit, die Ladedruckerhöhung zur Vermeidung von Füllungsverlusten mit Hilfe von neuartigen Injektoren zur Gasdirekteinblasung (Methan DI) und Turboladern mit variabler Turbinengeometrie, sowie ein vollvariabler Ventiltrieb. Neben den motortechnischen Entwicklungen ist auch der Einfluss der Gasbeschaffenheit von Methan, insbesondere EE-C-Methan, als Kraftstoff ein wichtiger Baustein für die Markteinführung. Hierzu wird der Einfluss der zu erwartenden Hauptkomponenten (CH4, H2) und von Spurenstoffen (schwefelhaltige Odoriermittel, Kompressorenöle) auf Komponentenverschleiß und Katalysatorwirksamkeit anhand von Teststandsversuchen untersucht.
Der dritte innovative Baustein stellen grundlegende Untersuchungen zur Vermeidung von Partikelemissionen an Methanmotoren dar. Hierbei stehen sehr kleine Partikel im Fokus.
 

Im Rahmen dieses Schwerpunkts wurden in den vergangenen Jahren auch folgende Forschungsprojekte bearbeitet:


Bildung von Rußpartikeln und katalytische Filterregeneration bei der motorischen Nutzung von Ottokraftstoffen aus Biomasse
(BIOTTO)
Zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes ist der Einsatz von Biokraftstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen unverzichtbar. Deren Einsatz kann jedoch zu erhöhten Rußpartikelemissionen führen. Die gegenwärtige Forschung im Rahmen der Nachwuchsgruppe BiOtto untersucht diesen Sachverhalt mit dem Ziel festzustellen ob und unter welchen Bedingungen die Beimischung Biokraftstoffen in direkt einspritzenden Ottomotoren eine erhöhte Emission von Rußpartikeln bewirkt. Daher wird die Rußbildung und Rußoxidation für Kraftstoffe mit variablen biogenen Anteilen detailliert untersucht.

Das BiOtto Projekt "Bildung von Rußpartikeln und katalytische Filterregeneration bei der motorischen Nutzung von Ottokraftstoffen aus Biomasse" (Nachwuchsgruppe „BiOtto“, FKZ: 22026711, 22041011, 22040811, 22041111) wird vom  Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), gefördert. Forschungspartner des Teilinstituts für Verbrennungstechnik am Engler-Bunte-Institut (EBI - vbt) im Rahmen von BiOtto sind der Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT - Univ. Erlangen Nürnberg), der Lehrstuhl für Numerische Thermofluiddynamik (NTFD - TU Bergakademie Freiberg) und der Lehrstuhl für Reaktionstechnik (RT - TU Bergakademie Freiberg).

Für eine grundlegende Charakterisierung und zur Modellbildung und Validierung wird am EBI-vbt die Partikelbildung für variierte Biokraftstoffanteile in laminaren Flammen untersucht.

 
    
Laminar Premixed Model Flames         Laminar Diffusion and Partially Premixed Model Flames
Die Modelle werden im Rahmen detailierter numerischer Simulationen (NTFD) der Rußbildung und Oxidation sowie der Verbrennung im Motor, angewandt.  Meßdaten werden mit optischen Methoden in einem teilweise transparenten direkteinspritzenden Ottomotor aufgenommen werden (LTT).

Die Simulationsergebnisse und experimentellen Daten sind wiederum wichtige Randbedingungen für die wissensbasierte Entwicklung eines hocheffizienten Katalysators für die schnelle Oxidation des ottomotorischen Rußes im Partikelfilter. Hierbei handelt es sich um ein integriertes Modul aus Partikelfilter und Drei-Wege-Katalysator (RT). Durch die interdisziplinäre Struktur des Vorhabens wird schließlich das Komplettsystem Motor-Katalysator-Filter für biogene Kraftstoffe optimiert.