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Über dieses Buch

Nicolae Vlad Burnete beschreibt ein neues Verbrennungsverfahren im Dieselmotor, wobei eine Diesel-Voreinspritzung zu den erforderlichen Selbstzündungsbedingungen einer Ethanol-Haupteinspritzung führt. Seine Ergebnisse zeigen, dass die Schadstoffemissionen aufgrund einer geringeren Maximaltemperatur erheblich verringert werden können, während der Motorwirkungsgrad aufgrund einer erhöhten Effizienz der Verbrennung gleichzeitig erhöht wird. Dieses essential ist ein geeigneter Beitrag für eine grundsätzliche Umstrukturierung der Fahrzeugantriebe, weil nicht hauptsächlich die katalytische Nachbehandlung, sondern grundsätzlich die Prozesse im Brennraum das höchste Potenzial dafür bieten.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung: Zukunftschancen des Dieselverfahrens

Die Dieselmotoren scheinen vor dem Ende ihrer Existenz zu stehen – es sind Fahrverbote in Großstädten geplant, es wird eine Beendigung ihrer Produktion gefordert, verkauft werden sie trotzdem sehr gut, sowohl im Automobilbereich als auch, in vielen Regionen der Erde ausschließlich, im Bereich der Nutzfahrzeuge und Arbeitsmaschinen. Die deutlichen Vorteile des Dieselverfahrens – das maximale Drehmoment bereits von niedrigen Drehzahlen aus und einen insgesamt deutlich niedrigeren Kraftstoffverbrauch, sowohl spezifisch als auch streckenbezogen – begründen die Chancen seiner weiteren Nutzung in der Zukunft. Dabei sind allerdings zwei Bedingungen zu erfüllen: die Nutzung von regenerativen Kraftstoffen, beispielsweise von Alkoholen und Ätheren aus Pflanzenresten oder Algen und die drastische Senkung der NOx-Emissionen. Nicht die katalytische Nachbehandlung, sondern die Prozesse im Brennraum bieten dafür das höchste Potenzial.

Nicolae Vlad Burnete

Kapitel 2. Direkteinspritzung, Gemischbildung und Verbrennung im Dieselverfahren

Kolbenmotoren nutzen den Sauerstoff aus der in den Brennraum eingeleiteten Luft, um die chemische Energie des ebenfalls zugeführten Kraftstoffs in Wärme umzusetzen, die anschließend, auf Grund der damit verbundenen Druckerhöhung, mittels Kolben in Arbeit umgewandelt wird. Dafür müssen mehrere Prozesse stattfinden. Der Verbrennungsprozess im Brennraum eines Dieselmotors und einige damit verbundene Vorgängen sind in diesem Kapitel kurz beschrieben.

Nicolae Vlad Burnete

Kapitel 3. Simulationsverfahren zur Analyse der Prozesse im Brennraum eines modernen Dieselmotors

Kapitel 3 deckt einige Aspekte der Simulation, die für die Analyse der Prozesse innerhalb des betrachteten Diesel-Verfahrens unentbehrlich ist, weil sie folgende Möglichkeiten bietet: a) Analyse lokaler Vorgänge im Brennraum, die in Anbetracht der erwähnten Inhomogenität von Konzentrationen, Temperatur, Druck und der simultan stattfindenden Prozessphasen experimentell nicht ermittelbar wären. Diese Vorgänge sind jedoch bestimmend für die Prozessabläufe, von der Selbstzündung bis zur NOx-Emission; b) Analyse von Trends und Optimierung von Abläufen in einem breiten Funktionsfeld des Motors, auf Grund einer Anzahl von Kenngrößen- und Parameterkombinationen, die experimentell nicht realisierbar wäre.

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Kapitel 4. Experimentelle Untersuchungen zur kontrollierten Selbstzündung von Ethanol im Dieselverfahren

In diesem Stadium der Analyse des Einflusses einer geringen Pilot-Einspritzmenge von Dieselkraftstoff auf die kontrollierte Selbstzündung eines Ethanol-Luft Gemisches in einem Dieselmotor ist eine reine experimentelle Untersuchung kaum aufschlussreich. Andererseits fehlen für eine realitätsnahe Simulation der Vorgänge noch spezifische Teilmodelle und Kalibrierungsparameter. Aus diesem Grund wurde eine entsprechende Untersuchungsstrategie aufgebaut, die in diesem Kapitel beschrieben wird.

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Kapitel 5. Simulationsstrategie auf Basis der experimentellen Analyse

Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen zeigten, außer der guten Übereinstimmung mit dem aufgestellten Simulationsprogramm, dass das angewandte Verbrennungsmodell für alle verwendeten Kraftstoffe gültig ist. Ohne Verwendung einer Routine „Detailed Chemistry“ genügt jedoch ein klassisches Verbrennungsmodell nicht, um den Prozessverlauf für zwei unterschiedliche Kraftstoffe darzustellen. In Anbetracht dieses Umstandes wurde eine entsprechende Simulationsstrategie aufgebaut, die in diesem Kapitel beschrieben wird.

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Kapitel 6. Brenncharakteristika bei der kontrollierten Selbstzündung von Ethanol mit Piloteinspritzung von Dieselkraftstoff

Auf Basis des entwickelten Simulationsverfahrens, welches durch experimentelle Untersuchungen am Motorprüfstand validiert und kalibriert wurde, erfolgt nunmehr der Vergleich zwischen dem Verbrennungsprozess mit kontrollierten Selbstzündung infolge der Piloteinspritzung von Dieselkraftstoff, gefolgt von der Haupteinspritzung von Ethanol und dem klassischen Verbrennungsablauf mit Vor- und Haupteinspritzung von Dieselkraftstoff. Die Vergleichskriterien sind der Druck- und Temperaturverlauf im Brennraum, sowie die Emissionen von CO, CO2, NO und Ruß. Der wesentliche Vorteil des Verfahrens ist die deutliche Senkung der NO-Emission um das 3- bis 4-Fache.

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Kapitel 7. Schlussbemerkungen

Diese Studie stellt ein neues Konzept zur Verbesserung des Dieselverfahrens vor, welches in der raschen, kontrollierten Selbstzündung eines Ethanol/Luft-Gemisches aufgrund einer Piloteinspritzung von Dieselkraftstoff besteht. Das Ziel ist die deutliche Senkung der NOx-Emission, ohne die vorteilhafte Drehmomentcharakteristik und den niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch eines Dieselmotors zu beeinträchtigen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird versucht, mit Hilfe der kontrollierten Selbstzündung die Brenngeschwindigkeit zu erhöhen, was die verfahrensspezifische, isobare Wärmezufuhr in Richtung einer Isochoren verändert. Dadurch wird sowohl die maximale Prozesstemperatur gesenkt, als auch die Dauer der möglichen Dissoziationsreaktionen verkürzt.

Nicolae Vlad Burnete

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