Einfluss von Kraftstoffeigenschaften, Additivierung und Einspritzung auf die Partikelentstehung bei DI Ottomotoren

Autoren

Dr.-Ing. W. Wiese, Dipl.-Ing. C. Laidig, Dr.-Ing. E. Schünemann, Robert Bosch GmbH, Schwieberdingen; F. Balthasar MBA MEng, J. Chahal PhD MSc, Shell Research Limited, London

Jahr

2018

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 807

Zusammenfassung

Bosch und Shell haben eine gemeinsame Studie durchgeführt, um den Einfluss von Kraftstoffeigenschaften, Additivierung, Einspritzdruck und Einspritzstrategie auf die Partikelemissionen von DI-Ottomotoren zu bewerten.
Im ersten Teil der Studie wurde am Motorenprüfstand untersucht, wie sich Unterschiede in Kraftstoffzusammensetzung, Einspritzdruck und Einspritzstrategie auf die Partikelanzahl (PN) auswirken. Kraftstoffe, die im Vergleich zu einem europäisch marktüblichen Benzin einen hohen Anteil an schweren Aromaten enthalten (C9/C9+), erwiesen sich dabei als kritisch in Bezug auf die Ablagerungsbildung am Injektor (Injektor-PN-Drift) und ergaben folglich bei Dauerläufen höhere PN-Emissionen. Zusätzlich wurden Maßnahmen zur Senkung der PN-Emissionen untersucht. Es zeigte sich, dass durch dem Kraftstoff beigemischte Reinigungsadditive (Deposit Control Additive DCA) eine deutliche Reduktion der Ablagerungen am Injektor und folglich eine signifikante Absenkung der PN-Emissionen erzielt werden kann.
Im zweiten Teil der Studie wurde ein Fahrzeug mit einem baugleichen Motor auf einem Rollenprüfstand untersucht, um Übertragbarkeit und Zusammenhang zwischen Motorenprüfstands- und Fahrzeugergebnissen zu analysieren. Sowohl im WLTC-Testverfahren als auch in einem RDE-Testzyklus zeigten sich bei den Kraftstoffen mit erhöhten Anteilen an schweren Aromaten in Bezug auf die PN-Emissionen die gleichen Trends, die sich bereits bei den Dauerläufen abzeichneten. Zudem korrelierten die Ergebnisse mit angepassten Einspritzstrategien mit den Kaltstartemissionen des Fahrzeugs, so dass der durch Wandfilmbildung im Brennraum begründete Zusammenhang zwischen Siedeverlauf des Kraftstoffes und PN-Emissionen deutlich wird.
Wichtigste Erkenntnisse der Studie sind die Auswirkung der Kraftstoffzusammensetzung auf die PN-Emissionen und die Tatsache, dass durch die Verwendung von Kraftstoffen mit Reinigungsadditiven und/oder durch einen höheren Einspritzdruck die infolge Injektor-PN-Drift verursachten PN-Emissionen deutlich reduziert werden können. Zudem kann ein optimierter Einspritzzeitpunkt die PN-Emissionen senken, die über eine Benetzung der Brennraumwand durch Kraftstoffe mit hohem Siedeende entstehen.