Combustion characteristics of hydrogen-enriched gasoline in homogeneous SI-engines

Autoren

Enrico Conte and Konstantinos Boulouchos, LAV-Aerothermochemistry and Combustion Systems Laboratory at ETH-Swiss Federal Institute of Technology, Zurich, Switzerland

Jahr

2005

Zusammenfassung

Zugabe von H2 angereichertem Gas zum Benzin erlaubt eine stabile Verbrennung im Motor auch unter extremen Bedingungen, wie dies zum Beispiel bei ultramageren Luft-Brennstoff Gemischen oder bei sehr hohen Abgasrezirkulationsraten der Fall ist. Bei diesen Bedingungen werden die Rohemissionen aus dem Motor bereits fast bis auf "near-zero" Emissionslevel vermindert. Schon durch einfache Katalysatortechnik können sie dann noch auf Null gesenkt werden. Der am Motor gemessene Effizienzgewinn scheint den Energieverbrauch durch den Reformerprozess zumindest zu kompensieren, wenn nicht gar zu überkompensieren. Die Analyse der Wärmeentwicklung zeigt eine globale Verkürzung des Verbrennungsprozesses bei Zumischung von H2 angereichertem Gas zum Brennstoff. Eine eingehendere Analyse zeigt den dominanten Effekt von Wasserstoff in der Startphase der Verbrennung (0-5% Brennstoffumsatz), welche wesentlich stärker verkürzt wird als die verbleibende Verbrennungsphase. Der Gebrauch eines quasi-dimensionalen Modells erlaubt die Berechnung der Flammgeschwindigkeit aus der Wärmeentwicklung mit dem Ergebnis, dass die Wasserstoffzugabe in der laminaren Verbrennungsphase die Flammgeschwindigkeit gegenüber reinem Brennstoff verdreifacht. Nach dem Umschlag zur turbulenten Flamme fällt die Steigerung nicht mehr ganz so hoch aus. Mittels der Software CHEMKIN wurde die laminare Flammengeschwindigkeit von wasserstoffangereicherten Brennstoffmischungen berechnet. Dies in Abhängigkeit von der Komposition des wasserstoffreichen Gases, dem Grad der Anreicherung, Druck, Temperatur und Stöchiometrie. Korrelationen wurden abgeleitet, welche die Perspektive einer Implementierung in eine 3D-CFD Simulation des motorischen Verbrennungsprozesses eröffnen.

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