Power‐to‐Liquids – Kompensation variierender E‐Fuel Zusammensetzungen mittels Digital Rate Shaping

Autoren

D. Neumann MSc, Prof. Dr.-Ing. S. Pischinger, M. Zubel MSc, Dipl.-Wirt.-Ing. B. Heuser, K. Thenert MSc, Prof. Dr. rer. nat. W. Leitner, RWTH Aachen University; Dr.-Ing. M. Schönen, Dr.-Ing. J. Schaub, Dipl.-Ing. C. Jörg, FEV Europe GmbH, Aachen

Jahr

2018

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 807

Zusammenfassung

Synthetische Kraftstoffe, beispielsweise sogenannte E-Fuels, bieten erhebliches Potenzial zur Lösung der Zielkonflikte zwischen CO₂- und Schadstoffemissionen von Dieselmotoren. Damit bieten sie eine sinnvolle Lösung für eine saubere und nachhaltige Mobilität.
Die Herstellung dieser Kraftstoffe ist im Wesentlichen CO₂-neutral und ermöglicht zusätzlich die Reduzierung der Ruß- und NO_x-Emissionen auf ein Niveau nahe Null, auch unter realen Fahrbedingungen. Durch die unterschiedlichen Kohlenstoffquellen und dem fluktuierenden Angebot von regenerativem Strom unterscheiden sich die Produktionsschritte zur Kraftstoffherstellung und es treten Variationen in der Kraftstoffzusammensetzung und somit der Verbrennungseigenschaften auf. Diese Unterschiede stellen eine Herausforderung dar, da sie zu erheblichen Abweichungen des Verbrennungsverhaltens führen, welche typischerweise bei der Motorkalibrierung nicht berücksichtigt werden können. Dies motiviert die Entwicklung von adaptiven, selbstlernenden Motorsteuerungsstrukturen, die in der Lage sind, diese Effekte zu kompensieren.
Die Methode, die bei den in diesem Beitrag vorgestellten Untersuchungen angewandt wurde, nutzt die digitale Einspritzratenformung. Die online generierten Einspritzprofile werden automatisch an das Soll-Verbrennungsverhalten angepasst, um die gewünschte Emissionierung und Effizienz des Motors sicherzustellen.
An repräsentativen Betriebspunkten wurden verschiedene synthetische Kraftstoffzusammensetzungen untersucht, um die Reaktionsfähigkeit des Reglers auf die verschiedenen Kraftstoffeigenschaften nachzuweisen. Auch AGR-Variationen wurden in einem typischen Anwendungsbereich durchgeführt, um den Einfluss auf kritische Emissionen wie NOx und Partikel zu demonstrieren. Alle Untersuchungen wurden an einem Einzylinder-Forschungsmotor durchgeführt, immer im Vergleich zu konventionellem Dieselkraftstoff auf Erdölbasis.
Es konnte gezeigt werden, dass die ausgewählten Kraftstoffe großes Reduktionspotential bezüglich der Schadstoffemissionen bieten. Eine Reduktion des Ruß-Niveaus auf bis zu 4 % des Niveaus von Diesel war möglich. Außerdem wurde das Regelungskonzept erfolgreich zusammen mit diesen Kraftstoffen demonstriert, wodurch sich neuartige Anwendungsgebiete erschließen lassen.