FORSCHUNG F V V- BERICHTE © Ford Werke Effizienter Einsatz von Flüssiggas in modernen Ottomotoren Flüssiggas (LPG – Liquefied Petroleum Gas) ist die am weitesten verbreitete Alternative zu Otto- und Dieselkraftstoff mit erheblichem CO2-Reduktionspotenzial und einer hohen Klopffestigkeit. Für einen effizienten Einsatz in modernen Ottomotoren wurden das thermodynamische Potenzial, der Oktanbedarf und die Verschmutzungsneigung dreier LPG-Konzepte – LPG-DI, LPG-PFI (flüssig) und LPG-PFI (gasförmig) – an einem Ottomotor mit Turboaufladung und Direkteinspritzung getestet. Die Versuche zeigten, dass mit dem LPG-Direkteinspritzkonzept die höchsten thermodynamischen Potenziale erschlossen werden können. Das Emissionsniveau ist deutlich geringer als im konventionellen Benzinbetrieb, insbesondere ohne nennenswerte Rußemissionen. Die Direkteinspritzung ermöglicht außerdem Verdichtungsverhältniserhöhungen von 1,5 bis 3 Einheiten bei entsprechender Kraftstoffqualität. Unter Volllastrand- bedingungen konnten maximale Wirkungsgradsteigerungen von bis zu 26 % erreicht werden. Während der auf dem Motorenprüfstand durchgeführten Verschmutzungsdauerläufe konnte keine Ablagerungsbildung, weder an der Einspritzdüsenspitze des Direkteinspritzventils noch innerhalb des Verdampfers oder der Saugrohreinspritzventile, festgestellt werden. Die Untersuchungen zur Abgaskatalyse bestätigen für LPG allerdings ein erheblich späteres Anspringverhalten (lightoff) des Dreiwegekatalysators im Vergleich zu Benzin. Das Vorhaben wurde aus FVV-Eigenmitteln finanziert. FORSCHUNGSSTELLEN: LEHRSTUHL FÜR VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINEN (VKA), RWTH AACHEN OBMANN: DR.-ING. ULRICH KRAMER, FORD WERKE GMBH LPG-Systemvergleich Versuchsmotor Ford Ecoboost mit Testkolben Wasserstofftoleranz von Verbrennungsmotoren im Erdgasnetz Gasförmige Kraftstoffe haben nicht nur das Potenzial, CO2-Emissionen abzusenken, sie können auch einen Beitrag zur Energiewende leisten: Technisch ist es möglich, dem Erdgas höhere Mengen Wasserstoff beizumischen, der aus überschüssigem Wind- und Solarstrom gewonnen werden kann. Um abschätzen zu können, welche Anteile an H2 zukünftig im Erdgasnetz vorliegen werden und welchen Einfluss diese Zumischungen auf den Betrieb von Gasmotoren haben, wurden zunächst Zukunftsszenarien der Energieversorgung und der dazugehörigen Speichertechnologien betrachtet. Darauf folgte eine Analyse der bestehenden Infrastruktur auf Eignung und Grenzwerte möglicher H2-Zumischung und deren Auswirkungen auf den Betrieb von Verbrennungsmotoren. Die Zugabe von Wasserstoff erhöht die Brenngeschwindigkeit. Hinsichtlich der Emissionen lässt sich bei unveränderten Motorparametern deshalb allgemein beobachten, dass Wasserstofftoleranz ausgewählter Elemente im Erdgasnetz (Bild © LVK, TUM) die CO- und THC-Emissionen sinken, während die Stickoxidemissionen steigen. Im Magerbetrieb ist eine signifikante Erweiterung der Magergrenze zu verzeichnen. Für den Serienbetrieb mit HCNG ist deshalb eine Anpassung der Sensorik und Motorsteuerung notwendig. Bei den derzeit eingesetzten Magergroßgasmotoren, wirkungsgradoptimiert auf Erdgas, kann zudem nicht ausgeschlossen werden, dass die sinkende Methanzahl zu einer Reduktion der Nennleistung führt. Das Vorhaben wurde aus FVV-Eigenmitteln finanziert. FORSCHUNGSVEREINIGUNG VERBRENNUNGS KRAFTMASCHINEN E. V. Die FVV wurde 1956 gegründet und hat sich zum welt weit einmaligen Net z werk der Motoren- und Turbomaschinenforschung entwickelt. Sie treibt die gemeinsame, vorwettbewerbliche Forschung in der Branche voran und bringt Industrieexperten und Wissenschaftler an einen Tisch, um die Wirkungsgrade und Emissionswerte von Motoren und Turbinen kontinuierlich zu verbessern – FORSCHUNGSSTELLEN: LEHRSTUHL FÜR VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINEN (LVK), TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN OBMANN: DIPL.-ING. WILHELM MÜLLER, CATERPILLAR ENERGY SOLUTIONS GMBH zum Vorteil von Wirtschaft, Umwelt und Gesellschaf t. Außerdem förder t sie den wissenschaftlichen Nachwuchs. Mitglieder sind kleine, mittlere und große Unternehmen der Branche: Automobilunternehmen, Motoren- und Turbinenhersteller sowie deren Zulieferer. Kontakt: Petra Tutsch Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. Lyoner Straße 18 | 60528 Frankfurt/Main Telefon +49 69 66 03-1457 Fax +49 69 6603-2457 [email protected] http://www.fvv-net.de 66
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