CNG-DI-Engine at λ = 1-Operation with Highload-EGR

Der Beitrag untersucht die Optimierung des Verbrennungsprozesses bei der Direkteinspritzung von komprimiertem Erdgas (CNG) in einem Motor mit hoher Last und High-Pressure-Exhaust Gas Recirculation (EGR). Die Forschung zielt darauf ab, den optimalen Verbrennungsprozess für die Nutzung der Vorteile der Direkteinspritzung von CNG zu bestimmen. Dabei werden homogene, stöchiometrische Verbrennungsprozesse in Kombination mit hoher Last-EGR, einem Miller-Prozess und alternativen Zündsystemen untersucht. Experimentelle und numerische Untersuchungen wurden auf einem optisch und thermodynamisch ausgestatteten Einzylinder-Forschungsmotor und einem von Ford bereitgestellten Mehrzylindermotor durchgeführt. Die optischen Untersuchungen in einer Niederdruck-Einspritzkammer und auf einem optisch zugänglichen Einzylindermotor liefern detaillierte Einblicke in die Verteilung und Mischbildung des direkteingespritzten CNG im Verbrennungsraum. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die Analyse der Wechselwirkung zwischen Sprühstrahl und einströmender Luft unter realen Motorbedingungen. Die numerischen 3D-CFD-Simulationen unterstützen die Optimierung der Verbrennungsraum- und Kolbengeometrie sowie der Sprühstrahlwinkel und -parameter. Die thermodynamischen Analysen auf dem Einzylindermotor zeigen die Vorteile und Nachteile verschiedener Einspritzkonfigurationen auf und ermöglichen die Bestimmung der optimalen Betriebsstrategie für einen CNG-Motor mit Direkteinspritzung. Die Auswahl und Optimierung geeigneter EGR- und Turboladersysteme für den Mehrzylindermotor wurden experimentell und mittels 1D-Simulationen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen die Grenzen der EGR-Nutzung bei hoher Last und die Notwendigkeit einer weiteren Optimierung zur Reduktion der NOx-Emissionen.