Methanmotoren für Personenkraftwagen

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. Weitere Informationen zum Hintergrund des Projekts können https://www.methquest.de/ueber-methquest/methcar/ entnommen werden.

Im Rahmen des MethCar-Projekts werden am Teilinstitut EBI-VBT experimentelle Grundlagenuntersuchungen zur Bildung und Freisetzung von Partikeln und gasförmigen Schadstoffen unter realistischen Bedingungen gasmotorischer Verbrennung durchgeführt. Die Untersuchungen konzentrieren sich hierbei auf Partikeln im Nanometerbereich. Diese können bei einer inhomogenen Gemischbildung mit brennstoffreichen Zonen entstehen, die insbesondere bei mageren Verbrennungsverfahren lokal im Brennraum auftreten können. Allerdings gibt es auch bei stöchiometrischen Verbrennungsverfahren, wie sie im MethCar-Projekt geplant sind, Inhomogenitäten im Brennraum, die lokal zu brennstoffreichen Mischungsverhältnissen führen können. Daher sind im Rahmen von MethCar eine Reihe von experimentellen Untersuchungen in verschiedenen Modellflammen geplant, um den Einfluss der Kraftstoffzusammensetzung, der Mischungsqualität und der Druckbedingungen auf die Bildung von Partikeln zu klären.

Um stabile Strömungsrandbedingungen und variierende Mischungsqualität gezielt einstellen zu können, werden die experimentellen Untersuchungen größtenteils in einem Gegenstrom-Modellbrenner durchgeführt. Zur umfassenden Analyse des Bildungsprozesses von Rußpartikeln und gasförmigen Schadstoffen ist die ortsaufgelöste Erfassung mehrerer Größen erforderlich, wie beispielsweise Flammentemperatur, Gaszusammensetzung, Partikelgröße und Partikelmorphologie.

Abbildung 1. Links: Gemessene und berechnete Profile der Acetylenkonzentration in einer Basisflamme in Abhängigkeit unterschiedlicher Wasserstoffkonzentrationen. Rechts: Maximale Konzentrationen zweier Vorläuferspezies in Abhängigkeit der Wasserstoffbeimischung zur Basisflamme.

Weiterführende Literatur:

• Experimental investigation of the effect of hydrogen addition on the sooting limit and structure of methane/air laminar counterflow diffusion flames Khare, R.; Vlavakis, P.; Langenthal, T. V.; Loukou, A.; Khosravi, M.; Kramer, U.; Trimis, D. 2022. Fuel, 324/B, Art.-Nr.: 124506. doi:10.1016/j.fuel.2022.124506