Skip to main content
main-content

Über dieses Buch

Lukas Urban stellt einen 0D/1D-Klopfmodellierungsansatz vor, der die prädiktive Simulation der Klopfgrenze für methanbasierte Kraftstoffe ermöglicht und aus Reaktionskinetikrechnungen abgeleitet wurde. Verschiedene Einflüsse auf das motorische Selbstzündungsverhalten, wie Zylinderdruck, Temperatur und Gemischzusammensetzung, kann der Autor durch das einfach zu kalibrierende Modell abbilden. Durch Kombination mit einem weiterentwickelten Brennverlaufsmodell, das ebenfalls in dieser Studie vorgestellt wird, bietet sich somit ein effizientes Werkzeug zur Auslegung erdgasbetriebener Ottomotoren.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung und Zielsetzung

Zusammenfassung
Die im Jahr 2015 formulierten Pariser Klimaziele [70] und die damit verbundenen Vorgaben hinsichtlich der Kohlenstoffdioxidemissionen erfordern eine Weiterentwicklung der bestehenden Antriebstechnologien und Kraftstoffe. Die Elektromobilität alleine ist nicht in der Lage die kurzfristigen CO2-Ziele zu erfüllen, insbesondere wenn bei der Bilanzierung auch der Anteil fossiler Brennstoffe an der Stromerzeugung berücksichtigt wird. Daher muss die Effizienz von konventionellen Verbrennungsmotoren verbessert und die im Individualverkehr dominierenden Kraftstoffe Benzin und Diesel durch preisgünstige Alternativen mit besserer CO2-Bilanz substituiert werden.
Lukas Urban

Kapitel 2. Grundlagen

Zusammenfassung
Für ein besseres Verständnis der nachfolgenden Kapitel werden hier die wichtigsten Grundlagen der Verbrennungschemie von Kohlenwasserstoffen und des motorischen Klopfens dargestellt.
Lukas Urban

Kapitel 3. Modellierung der Erdgasverbrennung

Zusammenfassung
Grundlage für die Vorhersage der Klopfgrenze ist die Kenntnis der Temperatur- und Druckrandbedingungen, die den Zustand des Endgases während eines Arbeitsspiels charakterisieren. Ein Klopfmodellierungsansatz setzt somit ein funktionierendes Verbrennungsmodell, das den Einfluss unterschiedlicher Kraftstoffzusammensetzungen auf Flammenfrontausbreitung und Brenngeschwindigkeit berücksichtigt, voraus. Da sich die meisten gängingen ottomotorischen Brennverlaufsmodelle auf Benzinkraftstoffe beziehen, muss bei Verwendung solcher Modelle geprüft werden, ob sie sich auch für Erdgas anwenden lassen und welche Anpassungen gegebenenfalls notwendig sind.
Lukas Urban

Kapitel 4. Modellierung der Selbstzündung

Zusammenfassung
Motorklopfen ist ein stochastisch auftretendes Phänomen, das durch Selbstzündungen im unverbrannten Gemisch vor der Flammenfront auftritt. Die Selbstzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches tritt dabei vornehmlich an Stellen erhöhter Temperatur, sog. „hot spots“, auf und hängt stark von der Niedertemperaturkinetik des Kraftstoffes ab.
Lukas Urban

Kapitel 5. Anwendung auf Messdaten

Zusammenfassung
Die im vorangehenden Kapitel beschriebenen Modellierungsansätze wurden mit Messdaten von einem Einzylinder-Prüfstand aus dem FVV-Projekt „Methan-Kraftstoffe: Potenzialstudie und Kennzahlen“ [83] validiert. Durch Betrachtung von selbstzündungsbehafteten Einzelzyklen wurde überprüft, ob mit dem LW-Integral eine Vorhersage des Selbstzündungszeitpunkts auch unter Realbedingungen möglich ist. Anschließend wurde das anhand von arbeitsspielgemittelten Brennverläufen aus einer Druckverlaufsanalyse kalibrierte Entrainment-Modell zusammen mit dem Klopfmodellierungsansatz in eine 0D/1D Simulationsumgebung eingebettet.
Lukas Urban

Kapitel 6. Zusammenfasssung und Ausblick

Zusammenfasssung
Durch die umfangreichen Reaktionskinetikrechnungen konnte die Selbstzündungscharakteristik methanbasierter Gemische für motorische Druck- und Temperaturniveaus untersucht werden. Insbesondere die höheren Kohlenwasserstoffe wie Propan und Butan zeigen ein von Methan abweichendes Verhalten und führen in Erdgasen zu einer starken Verkürzung der Zündverzugszeit wodurch die Klopfneigung erheblich beeinflusst wird. Mit der aus detaillierten reakionskinetischen Simulationen abgeleiteten, mehrstufigen Arrhenius-Approximation für die Zündverzugszeit und dem LW-Integral ist es möglich den Selbstzündungsbeginn mit hoher Genauigkeit vorherzusagen, was durch die Gegenüberstellung mit Messdaten aus dem FVV-Projekt Methan-Kraftstoffe [83] gezeigt werden konnte.
Lukas Urban

Backmatter

Weitere Informationen

Premium Partner

    Bildnachweise