Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Der Verkehrssektor gilt mittlerweile als gr\u00f6\u00dfter Emittent gasf\u00f6rmiger Luftschadstoffe. Neben der weiteren Optimierung der im Verkehrsbereich eingesetzten Antriebsaggregate besteht eine M\u00f6glichkeit zur Emissionsminderung darin, alternative Kraftstoffe einzusetzen, welche ein g\u00fcnstigeres Emissionsverhalten aufweisen. Als besonders wirkungsvolle M\u00f6glichkeit hat sich diesbez\u00fcglich in den vergangenen Jahren der Einsatz von Erdgas im Bereich der kommunalen Fahrzeuge und des \u00d6PNV erwiesen. Gegenw\u00e4rtig werden in solchen Fahrzeugen in der Regel Erdgasmotoren mit einer \u00e4u\u00dferen Gemischbildung (Ottomotoren) eingesetzt. Das Erdgas wird dabei \u00fcblicherweise in Drucktanks (bis 200 bar) mitgef\u00fchrt. Die bisherigen Erfahrungen aus dem praktischen Einsatz erdgasbetriebener Fahrzeuge haben gezeigt, dass sich folgende Emissionsvorteile gegen\u00fcber dem hier \u00fcblichen Dieselantrieb ergeben:
\n\u00b7\tbis zu 80 % weniger Kohlenwasserstoffe (HxCy) und Stickoxyde (NOx);
\n\u00b7\tbis zu 50 % weniger Kohlenmonoxydemissionen (CO);
\n\u00b7\tpraktisch kein Aussto\u00df von Ru\u00df;
\n\u00b7\tpraktisch keine Schwefeldioxid-Emissionen;
\n\u00b7\tkeine Verdampfungsverluste beim Tankvorgang und\u00b7\tgeringere Ger\u00e4uschemissionen auf Grund einer weicheren Verbrennung. Ein erheblicher Nachteil der bisher eingesetzten Erdgasmotoren ergibt sich aus der \u00e4u\u00dferen Gemischbildung. Auf Grund der hiermit einhergehenden Drosselverluste weisen diese Motoren insbesondere im Teillastbereich deutlich h\u00f6here Kraftstoffverbr\u00e4uche als Dieselmotoren auf. Dies ist von besonderer Bedeutung, da eben die Lastkollektive der o. g. Einsatzbereiche erhebliche Teillastanteile aufweisen.
\nZiel des hier beantragten Vorhabens ist die Entwicklung eines Verbrennungsverfahrens mit innerer Gemischbildung beim Einsatz von Erdgas in Fahrzeugmotoren. Dadurch soll ein ungedrosselter Betrieb erm\u00f6glicht werden und der Kraftstoffverbrauch um ca. 15 % reduziert werden. Die technologische Herausforderung besteht darin, ein Einblasesystem f\u00fcr einen solchen Einsatz zu qualifizieren und ein hierauf abgestimmtes Verbrennungsverfahren zu entwickeln.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Qualifizierung eines geeigneten Gaseinblasesystems, der Entwicklung des erforderlichen Verbrennungsverfahrens sowie der Darstellung der Ergebnisse an einem Einzylinder-Aggregat sind folgende Arbeitsschritte geplant:
\n\u00b7\tEntwicklung und Erprobung eines hydraulisch bet\u00e4tigten Gaseinblasesystems;
\n\u00b7\tAufbau eines Aggregates mit modifiziertem Zylinderkopf, stufenlos verstellbarer Schirmventile und angepasster Brennraumgeometrie;
\n\u00b7\tPr\u00fcfstandsuntersuchungen mit Variation des Einblasedrucks, der Einblasedauer, des Einblasezeitpunkts, verschiedener Brennraumvarianten, Variationen des Ladedrucks und der Abgasr\u00fcckf\u00fchrung;
\n\u00b7\tInterpretation und Dokumentation der Ergebnisse sowie deren Ver\u00f6ffentlichungen.
\nSollte das Vorhaben mit erfolgversprechenden Ergebnissen abgeschlossen werden, ist perspektivisch eine Umsetzung der Ergebnisse in einem geeigneten Fahrzeug angedacht.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Forschungsvorhabens ist es gelungen, ein Verbrennungsverfahren zu entwickeln, das in der Lage ist, Erdgas mit innerer Gemischbildung ottomotorisch zu verbrennen. Durch Anpassungskonstruktionen an Zylinderkopf und Kolben eines Einzylinder-Dieselmotors bei Verwendung eines hydraulisch bet\u00e4tigten Gasinjektors ist es nach zahlreichen Anpassungsschritten gelungen, einen ungedrosselten Motorbetrieb im gesamten Kennfeld zu gew\u00e4hrleisten.
\nUnter dem Gesichtspunkt der Fahrzeuganwendung sollte der Blasdruck so gering wie m\u00f6glich gehalten werden, um eine weitestgehende Entleerung des Kraftstoffbeh\u00e4lters zu gew\u00e4hrleisten. Ein stabiler Motorbetrieb war erst ab einem Gasdruck von 30 bar sicherzustellen. Somit w\u00fcrde sich die Reichweite von Erdgasfahrzeugen bei unver\u00e4nderten Kraftstoffbeh\u00e4ltern entsprechend verringern, oder der durch den geringen volumetrischen Heizwert schon ohnehin hohe Platzbedarf f\u00fcr den Kraftstoffbeh\u00e4lter w\u00fcrde sich weiter erh\u00f6hen.
\nDer direkte Vergleich bei einem mittleren Lastpunkt von pe = 5 bar zeigt, dass bei \u00e4u\u00dferer Gemischbildung und st\u00f6chiometrischem Betrieb der spezifische Kraftstoffverbrauch fast 15 % niedriger als bei innerer Gemischbildung liegt. Beim ebenfalls am Pr\u00fcfstand realisierten homogenen Magerbetrieb erreicht der Motor sogar einen um fast 28 % besseren Verbrauch. Ber\u00fccksichtigt man zus\u00e4tzlich die f\u00fcr \u00e4u\u00dfere Gemischbildung eher ung\u00fcnstige Brennraumkonfiguration, so d\u00fcrfte es nur schwer gelingen, das dargestellte Brennverfahren mit innerer Gemischbildung soweit zu optimieren, dass zumindest gleiche Verbr\u00e4uche erreicht werden. Die Versuchsergebnisse zeigten weiterhin, dass die HC- und CO-Emissionen nur durch Einsatz eines Oxidationskatalysators in den Grenzen der EURO III zu halten sind. Trotz des in weiten Teilen des Kennfeldes hohen globalen Luftverh\u00e4ltnisses gelang es nicht, die NOx-Emission im EURO III-Limit zu halten. Beim dargestellten Brennverfahren ist der EURO-III-Grenzwert nur durch Abgasr\u00fcckf\u00fchrung und Aufladung einzuhalten. Wogegen der homogene Magermotor schon ab einem – von 1,5 deutlich den EURO III-Grenzwert unterschreitet.
\nNeben den schlechten Verbrauchswerten und der dargestellten Abgasemission geht beim Betrieb mit innerer Gemischbildung ein weiterer Vorteil des herk\u00f6mmlichen Gas-Ottomotors verloren. Die f\u00fcr Gasmotoren bekannte, geringe Ger\u00e4uschemission ist beim Betrieb mit innerer Gemischbildung nicht mehr gegeben.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die erhoffte Verbrauchsreduzierung durch Entdrosselung bei innerer Gemischbildung konnte beim dargestellten Brennverfahren nicht erreicht werden. Der Gewinn durch Entdrosselung wurde durch unvollkommene Verbrennung \u00fcberkompensiert.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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