Chemische Umsetzung im Verbrennungsmotor bei ungewöhnlichen Betriebszuständen

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Kaiser
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik ; Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 229243862

Innerhalb der Forschungsgruppe (FOR) 1993 ist das Ziel dieses Teilprojektes (MM2), Methoden zur flexiblen Erzeugung von Nutzstoffen, Wärme und Kraft im Verbrennungsmotor experimentell zu validieren und zu optimieren. Die Experimente in der Forschungsgruppe in Rohrreaktor, Stoßwellenrohr, Rapid Compression Machine und Verbrennungsmotor bilden eine durchgehende Kette, und der Motor steht an deren anwendungsnahem Ende. Hier werden die Modelle der theoretischen Teilprojekte überprüft, die Aussagekraft der grundlegenderen Versuche erweitert und die Praxistauglichkeit dieser Polygeneration-Prozesse evaluiert.Bisher konnte der positive Einfluss verschiedener kohlenstoffbasierter Additive auf die homogen vorgemischte Methan-Selbstzündung (HCCI) im stark brennstoffreichen Motorbetrieb quantifiziert werden. Es konnte aber auch exemplarisch gezeigt werden, dass Ozon in wesentlich geringeren Mengen die Zündung ermöglicht als kleine Ether. Deshalb soll in der dritten Projektperiode der Fokus auf Ozon als Additiv liegen. Es kann mit relativ einfachen Geräten mit geringem Energieeinsatz direkt aus der Luft erzeugt werden kann und konkurriert, im Gegensatz zu anderen Additiven, nicht mit dem Brennstoff um den vorhandenen Sauerstoff. Allerdings ist der Einfluss von Ozon auf brennstoffreiche Gemische praktisch noch nicht untersucht worden. Das Ziel ist daher den Einfluss von Ozon auf den Betrieb und die Produkte des brennstoffreich kompressionsgezündeten Motors quantitativ zu bestimmen, ebenso die Grenzen der praktisch einsetzbaren Parameterbereiche. Dazu wird Ozon sowohl als einziges Additiv, als auch in Kombination mit anderen, kohlenstoffbasierten Additiven verwendet. Als Brennstoffe werden Methan und oxigenierte Spezies wie Alkohole und Ether verwendet.Die Arbeiten in der dritten Projektperiode nutzen die in den ersten beiden Projektperioden bereits erfolgreich eingesetzten Methoden und etablierten Kooperationen. Am Motor werden die für die Energie- und Exergiebilanz wichtigen Stoff- und Wärmeströme sowie der kurbelwinkelaufgelöste Zylinderinnendruck erfasst. Die Charakterisierung der Produktgas-Zusammensetzung erfolgt online durch Standardmessgeräte, aber auch detaillierter in Zusammenarbeit innerhalb der FOR 1993 durch Gaschromatographie. Visualisierungen im optisch zugänglichen Motor zeigen Ort und Zeit der Zündung und evtl. Rußbildung genauer. Durch laserbasierte Messungen soll Formaldehyd, ein insbesondere im Zusammenhang mit Ozon wichtiges Intermediat, abbildend nachgewiesen werden. Die Prozessdatenanalyse erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den theoretisch orientierten Teilprojekten der FOR 1993. Zum Ende des Projektes soll die praktische Einsetzbarkeit von Ozon in brennstoffreich betriebenen HCCI-Motoren besser verstanden sein, bezüglich benötigter Menge, gebildeter Produkte und Energiebilanzen, wie sie im Hinblick auf Polygeneration-Prozesse benötigt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1993: Multifunktionale Stoff- und Energiewandlung
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Christof Schulz