FVV-Berichte

Auszug

Gesetzliche CO₂-Emissionsvorgaben und ein steigender weltweiter Energiebedarf erfordern eine Diversifizierung des Kraftstoffmarkts, auch und gerade in Hinblick auf die automobile Anwendung. Einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der Emissionsziele können dabei Erdgas und Biogase sowie die synthetisch erzeugten methanbasierten Kraftstoffe im Personen- und Güterverkehr leisten. Die Vorteile dieser Kraftstoffe im Vergleich zu konventionellen fossilen Flüssigkraftstoffen sind weithin bekannt: CO₂-Einsparungen in der Größenordnung von 20 % gegenüber Benzin können realisiert werden. Weitere CO₂-Minderungspotenziale liegen aufgrund der hohen Klopffestigkeit und den weiten Zündgrenzen von CH₄ in der Steigerung des Motorwirkungsgrads. Bei Verwendung beziehungsweise Zumischung von biogen erzeugtem Methangas ist die CO₂-Bilanz nahezu neutral. Besonders in Verbindung mit der Abgasturboaufladung können die innermotorischen Potenziale methanbasierter Kraftstoffe ausgeschöpft werden. Von höchster Wichtigkeit für die Konzeption von Fahrzeugmotoren ist daher die Verfügbarkeit objektiver Kriterien für die Beurteilung der Klopffestigkeit von Gaskraftstoffen. Die Übertragbarkeit der in den 1960er-Jahren definierten AVL-Methanzahl auf moderne Aggregate und Brennverfahren sowie der Einfluss einzelner Kraftstoffkomponenten auf das Klopfverhalten eines Gasgemischs musste dazu überprüft werden. In einem BMWi/AiF-geförderten FVV-Forschungsvorhaben wurde nun eine umfangreiche, für aktuelle und zukünftige xNG-Kraftstoffe repräsentative Gasmatrix erstellt. Anhand einer systematischen Komponentenvariation wurden Gaskraftstoffe gleicher rechnerischer Klopffestigkeit, aber unterschiedlicher Zusammensetzung, hinsichtlich ihres Klopfverhaltens in einem modernen Ottomotor untersucht. Die Messergebnisse zeigen, dass sich das Klopfverhalten der untersuchten Gemische trotz rechnerisch gleicher Methanzahl je nach Gaskomposition unterscheidet. Weiterhin musste ein modifizierter Algorithmus zur Klopferkennung entwickelt werden, da im Erdgas selbstzündungsbehaftete Verbrennungsphänomene beobachtet werden konnten, die mithilfe herkömmlicher Klopfalgorithmen nicht detektiert werden können. Zudem wurden ein atypisches Verhalten bezüglich des Klopfbeginns festgestellt, der für die untersuchten Gase im Gegensatz zu konventionellen benzinbetriebenen Motoren ausschließlich bei sehr frühen Massenumsatzpunkten (MFB40 bis MFB60) liegt. Mit den Ergebnissen der Studie lassen sich vorhersagefähige Klopf- und Brennverlaufsmodelle speziell für die simulative Auslegung von Gasmotorkonzepten optimieren. …