Ottomotorisches Brennverfahren zum Einsatz zukünftiger Kraftstoffe

Autoren

Dipl.-Ing. O. Lang, Dr.-Ing. K. Habermann, FEV Motorentechnik GmbH, Aachen; Prof. Dr.-Ing. S. Pischinger, Dipl.-Ing. F. Fricke, RWTH Aachen

Jahr

2005

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 595

Zusammenfassung

Der Beitrag beschreibt die Anforderungen und Potenziale heutiger und zukünftiger ottomotorischer Brennverfahren bezüglich der Kraftstoffe Benzin, Erdgas und Wasserstoff. Dabei werden zunächst die für die ottomotorische Verbrennung entscheidenden Kraftstoffspezifikationen vergleichend betrachtet. Diese werden an den durch das Brennverfahren definierten Anforderungen gespiegelt. Es werden die Potenziale zur Leistungsverlustkompensation, Wirkungsgradsteigerung sowie zur Emissionsminderung bei der Verwendung alternativer Kraftstoffe unter spezieller Berücksichtigung der kraftstoffspezifischen Eigenschaften diskutiert. Während der kraftstoffbedingte Volllastnachteil mit Erdgas gegenüber Benzin durch eine geeignete Abstimmung auf unter 5 % reduziert werden kann, ergeben sich mit Wasserstoff bei Saugrohreinblasung Volllasteinbußen von 25-30%. Diese Nachteile lassen sich durch Aufladung kompensieren, wofür sowohl Erdgas als auch Wasserstoff aufgrund ihrer Brenneigenschaften günstige Voraussetzungen bieten. Bei Einsatz von Wasserstoff ermöglicht eine Qualitätsregelung in weiten Kennfeldbereichen Wirkungsgradvorteile gegenüber dem Lamda=1-Betrieb von bis zu 30 %. Dabei ist die Verbrennung oberhalb eines Luftverhältnisses von 2 bis 2.5 nahezu NOX-frei. Durch die Kombination von magerer Abstimmung und Aufladung konnten indizierte Mitteldrücke von 15 bar (spitzendruckbegrenzt) bei einem indizierten spezifischen Verbrauch von nahe 200 g/kWh und indizierten spezifischen NOx-Emissionen von unter 0.5 g/kWh erzielt werden. Die Direkteinblasung wird zukünftig eine weitere Anhebung des Mitteldruckniveaus ermöglichen.

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