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2017 | Buch

Einleitung und Motivation Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Experimentelle Untersuchung eines Dual-Fuel-Brennverfahrens für schwere Nutzfahrzeugmotoren

verfasst von: Andre Gerhard Tänzler

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Andre Tänzler zeigt grundlegende thermodynamische Zusammenhänge und die Betriebsgrenzen des Dual-Fuel-Brennverfahrens auf. Er untersucht mithilfe der Verwendung hoher Erdgasanteile das Potenzial zur Reduktion von Treibhausgasemissionen. Dabei spielt der Zielkonflikt zwischen den reduzierten CO2-Emissionen und den erhöhten Methanemissionen eine entscheidende Rolle für die gesamtheitliche Betrachtung des Treibhauspotenzials. Zur weiteren Emissionsreduktion entwickelt der Autor ein alternatives Kolbenmaterial mit reduzierter Feuersteghöhe, wobei er unterschiedliche Dieseleinspritzmuster zur Generierung einer homogenen Dieselverbrennung auf magerem Hintergrundgemisch aus Erdgas und Luft als entscheidenden Parameter herausarbeitet.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Chapter 1. Einleitung und Motivation
Zusammenfassung
Aufgrund des natürlichen Treibhauseffekts, der hauptsächlich durch Wasserdampf H2O(g) und Spurengase wie Kohlendioxid CO2, Methan CH4 und Lachgas (Distickstoffmonoxid) N2O hervorgerufen wird, hält die Erdatmosphäre eine mittlere globale Temperatur von etwa 14°C. Der Eingriff des Menschen in die Natur hat zu einem erheblichen Anstieg der Treibhausgaskonzentrationen geführt. Als eine Ursache wird die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Öl, Kohle und Gas festgemacht.
Andre Gerhard Tänzler
Chapter 2. Stand der Technik
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die relevanten Grundlagen erläutert, die zum Verständnis der vorliegenden Arbeit dienen. Dabei wird ausgehend vom (mageren) Diesel-Brennverfahren auf die Entstehungsmechanismen der gesetzlich limitierten Schadstoffe aus der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen genauer eingegangen. Danach soll die generelle Eignung von Erdgas als alternativer Kraftstoff aufgezeigt und abschließend die Einteilung der Gas- Brennverfahren und ihre Besonderheiten beschrieben werden, um so das alternative Dual-Fuel-Brennverfahren aus Diesel und Erdgas als Möglichkeit darzustellen, den Kraftstoffverbrauch bzw. den Energieeinsatz und die Schadstoffemissionen zu senken.
Andre Gerhard Tänzler
Chapter 3. Versuchsaufbau und -durchführung
Zusammenfassung
Im folgenden Kapitel werden hauptsächlich das verwendete 1-Zylinder- Forschungsaggregat und der Prüfstandsaufbau näher beschrieben. Es wird auf relevante Bauteile und Messtechniken eingegangen. Weiterhin stehen die untersuchten Betriebspunkte und die Versuchsdurchführung mit entsprechenden Randbedingungen im Fokus.
Andre Gerhard Tänzler
Chapter 4. Ergebnisse der Grunduntersuchungen
Zusammenfassung
Im folgenden Kapitel werden die durchgeführten Messreihen diskutiert und grundlegende Zusammenhänge des Dual-Fuel-Brennverfahrens dargelegt. Die Parameter Substitutionsrate, Abgasrückführrate, globales Luftverhältnis und Raildruck des Dieseleinspritzsystems werden mithilfe von systematischen Variationen analysiert und nach Einfluss auf Wirkungsgrad, Treibhauspotential und Emissionen beurteilt. Eine Beurteilung der Indizierdaten findet mit einer Druckverlaufsanalyse statt.
Andre Gerhard Tänzler
Chapter 5. Untersuchung möglicher Klopfereignisse
Zusammenfassung
Mit steigendem Erdgasanteil an der Gesamtenergie bzw. mit steigender Substitutionsrate verkleinert sich der Dieseleinspritzstrahl und damit die Zündfläche, die das Erdgas entflammt. Das bedeutet, dass sich das Brennverfahren einem ottomotorischen Brennverfahren mit kleiner Zündquelle wie bei einer Zündkerze nähert. Nach der Zündung wandern im Dual-Fuel- Betrieb mehrere Flammenfronten durch den Brennraum und erfassen das Frischgemisch.
Andre Gerhard Tänzler
Chapter 6. Untersuchung eines alternativen Kolbens
Zusammenfassung
Aus den gezeigten Grunduntersuchungen geht hervor, dass im Dual-Fuel- Betrieb ohne modifizierter Applikation deutlich mehr Schadstoffe emittiert werden als im reinen Dieselbetrieb. Die unverbrannten Bestandteile wie CO- und HC-Emissionen können zwar mit geringer Abgasrückführrate und frühem 50 %-Umsatzpunkt, d.h. mit hohen Verbrennungstemperaturen, auf einem ausreichend geringen Niveau gehalten werden, geringe AGR-Raten bzw. hohe Temperaturen wirken sich aber negativ auf die NOx-Emissionen aus.
Andre Gerhard Tänzler
Chapter 7. Untersuchung unterschiedlicher Dieseleinspritzmuster
Zusammenfassung
In der vorangegangenen Untersuchung des alternativen Kolbenmaterials wird dessen Potential dargelegt, besonders die CO- und HC-Emissionen im Dual-Fuel-Betrieb zu reduzieren. Diese Eigenschaft des Kolbens kann im gesamten Betriebskennfeld des Aggregats genutzt werden. Das höhere Temperaturniveau mit Stahl-Kolben ist aber gerade bei geringen Lasten noch nicht ausreichend, um die Emissionen und den Wirkungsgrad bei unterschiedlichen Substitutionsraten näherungsweise konstant zu halten.
Andre Gerhard Tänzler
Chapter 8. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Im Rahmen dieser Ausarbeitung wird ein Dual-Fuel-Brennverfahren an einem 1-Zylinder-Forschungsaggregat untersucht. Dieses Brennverfahren zeichnet sich dabei durch eine Erdgaseinblasung ins Saugrohr und Diesel- Direkteinspritzung aus. Der eingespritzte Dieselkraftstoff wird aufbereitet und entzündet sich nach den bekannten Abläufen konventioneller Dieselbrennverfahren, wobei von einem längeren Zündverzug ausgegangen werden muss, da der Einspritzstrahl nicht von reiner Luft umgeben ist, sondern von einem mageren Erdgas-Luft-Gemisch.
Andre Gerhard Tänzler
Backmatter
Metadaten
Titel
Experimentelle Untersuchung eines Dual-Fuel-Brennverfahrens für schwere Nutzfahrzeugmotoren
verfasst von
Andre Gerhard Tänzler
Copyright-Jahr
2017
Electronic ISBN
978-3-658-18921-1
Print ISBN
978-3-658-18920-4
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-18921-1

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