Ethanoleinspritzung mit Selbstzündung im Dieselverfahren: Methode zur Senkung der NOx-Emission

36 Pages·2017·1.769 MB·German

by  Nicolae Vlad Burnete (auth.)

Nicolae Vlad Burnete
Ethanoleinspritzung
mit Selbstzündung
im Dieselverfahren
Methode zur Senkung
der NO -Emission
x
essentials
essentials liefern aktuelles Wissen in konzentrierter Form. Die Essenz dessen,
worauf es als „State-of-the-Art“ in der gegenwärtigen Fachdiskussion oder in der
Praxis ankommt. essentials informieren schnell, unkompliziert und verständlich
• als Einführung in ein aktuelles Thema aus Ihrem Fachgebiet
• als Einstieg in ein für Sie noch unbekanntes Themenfeld
• als Einblick, um zum Thema mitreden zu können
Die Bücher in elektronischer und gedruckter Form bringen das Expertenwissen
von Springer-Fachautoren kompakt zur Darstellung. Sie sind besonders für die
Nutzung als eBook auf Tablet-PCs, eBook-Readern und Smartphones geeignet.
essentials: Wissensbausteine aus den Wirtschafts-, Sozial- und Geisteswissenschaf-
ten, aus Technik und Naturwissenschaften sowie aus Medizin, Psychologie und
Gesundheitsberufen. Von renommierten Autoren aller Springer-Verlagsmarken.
Weitere Bände in der Reihe http://www.springer.com/series/13088
Nicolae Vlad Burnete
Ethanoleinspritzung
mit Selbstzündung im
Dieselverfahren
Methode zur Senkung der
NO -Emission
x
Nicolae Vlad Burnete
Klausenburg, Rumänien
ISSN 2197-6708 ISSN 2197-6716 (electronic)
essentials
ISBN 978-3-658-19380-5 ISBN 978-3-658-19381-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-658-19381-2
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbiblio-
grafie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
Springer Vieweg
© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2017
Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die
nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung
des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen,
Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem
Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen
im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und
daher von jedermann benutzt werden dürften.
Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und
Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt
sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder
implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Der Verlag bleibt
im Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten
und Institutionsadressen neutral.
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier
Springer Vieweg ist Teil von Springer Nature
Die eingetragene Gesellschaft ist Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Die Anschrift der Gesellschaft ist: Abraham-Lincoln-Str. 46, 65189 Wiesbaden, Germany
Was Sie in diesem essential finden können
• Die Gestaltung der Gemischbildung- und Verbrennungsprozesse im Diesel-
verfahren und die eingesetzten Kraftstoffe beeinflussen grundsätzlich die
spezifische Kreisprozessarbeit, den spezifischen Kraftstoffverbrauch und die
Schadstoffemissionen, dabei insbesondere die NO -Bildung
x
• Die Analyse der örtlichen. und zeitlichen Prozesse im Brennraum während
der Gemischbildung und Verbrennung ist durch dreidimensionale Simulation
möglich.
• Experimentelle Untersuchungen erlauben nicht direkt eine solche Analyse, sie
sind aber indirekt, für die Validierung und Kalibrierung der Simulationspro-
gramme unerlässlich.
• Eine rasche Selbstzündung des Kraftstoffs im Dieselverfahren – initiiert und
gesteuert durch eine kleine Menge eines zweiten Kraftstoffs – ist vorteilhafter
in Bezug auf Verbrennungsablauf und Schadstoffemission als die klassische
Selbstentflammung durch die Temperatur der Luft bei hoher Kompression.
• Regenerative Kraftstoffe aus Pflanzenresten oder Algen, wie Ethanol, Metha-
nol oder Dimethylether, sind nicht nur wegen der gesamten CO -Bilanz vor-
2
teilhaft, sie zeigen darüber hinaus ein beachtliches Potenzial in Bezug auf
Gemischbildung und Verbrennung im Dieselverfahren.
V
Vorwort
Dieser essential-Band stellt in kompakter Form einen neuen Ansatz zur Gestal-
tung des Dieselverfahrens für zukünftige Kolbenmotoren vor. Die steile Zunahme
der Straßenmobilität weltweit erfordert eine grundsätzliche Umstrukturierung der
Fahrzeugkonzepte und besonders ihrer Antriebe. Entsprechend wirtschaftlicher,
geografischer oder sozialer Bedingungen wird die Automobilität der Zukunft von
Vielfalt geprägt sein – von Elektrofahrzeugen für Megacitys über Hybride und
Brennstoffzellenautos für Mittelstrecken bis zu Fahrzeugen mit Kolbenmotoren
für höhere Leistungsbereiche. Das Dieselverfahren ist besonders vorteilhaft in
Bezug auf Drehmomentcharakteristik und spezifischen Kraftstoffverbrauch, die
Stickoxid- und Partikelemissionen müssen allerdings noch erheblich reduziert
werden. Nicht die katalytische Nachbehandlung, sondern die Prozesse im Brenn-
raum bieten dafür das höchste Potenzial. In diesem essential wird ein dafür geeig-
netes Konzept dargestellt.
Nicolae Vlad Burnete
VII
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung: Zukunftschancen des Dieselverfahrens ................ 1
2 Direkteinspritzung, Gemischbildung
und Verbrennung im Dieselverfahren ........................... 3
2.1 Prozessablauf ........................................... 3
2.2 Direkteinspritzung ....................................... 5
2.3 Gemischbildung ......................................... 7
2.4 Verbrennung ............................................ 7
3 Simulationsverfahren zur Analyse der Prozesse
im Brennraum eines modernen Dieselmotors .................... 9
4 Experimentelle Untersuchungen zur kontrollierten
Selbstzündung von Ethanol im Dieselverfahren .................. 13
5 Simulationsstrategie auf Basis der experimentellen Analyse ........ 17
6 Brenncharakteristika bei der kontrollierten Selbstzündung
von Ethanol mit Piloteinspritzung von Dieselkraftstoff ............ 21
6.1 1500 min 1 ............................................. 21
−
6.2 2500 min 1 ............................................. 26
−
7 Schlussbemerkungen ........................................ 27
Literatur ...................................................... 31
IX
Über den Autor
Dr.-Ing. Nicolae Vlad Burnete, geboren 1988 in
Cluj-Napoca, Rumänien, hat von 2007 bis 2013
Maschinenbau, Fachrichtung Kraftfahrzeugtechnik
(Bachelor) und Kraftfahrzeug und Umwelt (Master)
an der Technische Universität Cluj-Napoca studiert.
2014 er war Stipendiat des Deutschen Akademi-
schen Austauschdienstes an dem Steinbeis Transfer
Institut Dynamic Systems. 2016 folgte die Promo-
tion zum Dr.-Ing. an der Technische Universität
Cluj-Napoca mit der Dissertation „Analyse und
Untersuchungen zum Einfluss der Kraftstoffeinsprit-
zung in Dieselmotoren auf die Schadstoffemission“.
Ab 2016 er erfolgt sein Forschungsarbeit meist auf
dem Gebiet alternative Kraftstoffe für Dieselmoto-
ren. Zurzeit er ist verantwortlich für das Labor von
„Prozesse und Kennlinien des Verbrennungsmoto-
ren“ in dem Bereich Fahrzeugtechnik und Transport
der Fakultät für Mechanik der Technischen Universi-
tät Cluj-Napoca.
Nicolae Vlad Burnete
Technische Universität Cluj-Napoca
Str. Muncii 103–105
400641, Cluj-Napoca, Rumänien
[email protected]
XI
1
Einleitung: Zukunftschancen des
Dieselverfahrens
Die Dieselmotoren scheinen vor dem Ende ihrer Existenz zu stehen – es sind
Fahrverbote in Großstädten geplant, es wird eine Beendigung ihrer Produktion
gefordert, verkauft werden sie trotzdem sehr gut, sowohl im Automobilbereich
als auch, in vielen Regionen der Erde ausschließlich, im Bereich der Nutzfahr-
zeuge und Arbeitsmaschinen. Das Diesel- hat gegenüber dem Ottoverfahren zwei
deutliche Vorteile: das maximale Drehmoment bereits von niedrigen Drehzahlen
aus – was bei Beschleunigung einer großen Fahrzeugmasse vom Stand maßge-
bend ist – und einen insgesamt deutlich niedrigeren Kraftstoffverbrauch, sowohl
spezifisch als auch streckenbezogen. Auf der anderen Seite: Die Verbrennung bei
höheren Temperaturen, aber insbesondere die verlängerte Verbrennungsdauer im
Vergleich zum Ottoverfahren begünstigen die Dissoziationsreaktionen, insbeson-
dere die Bildung von NO und NO . Auch wenn durch katalytische Maßnahmen
2
nach den Reaktionen im Brennraum deren Anteile in der Abgasemission reduziert
werden können, führt die große Anzahl der Dieselfahrzeuge in Großstädten per se
an eine unverträgliche Konzentration dieser Schadstoffe in der atmosphärischen
Luft.
Die Elektromobilität wird gegenwärtig zu oft als ideales und als universelles
Antriebsszenario für die Zukunft betrachtet, und somit als Ersatz für die Kolben-
motoren schlichtweg. Leider werden dabei oft einige grundsätzliche Probleme
übersehen. Die Energiedichte einer modernen Batterie oder Brennstoffzelle bleibt
um Größenordnungen unter jener, die bei der Verbrennung eines flüssigen Kraft-
stoffes entfaltet wird: Ein Liter Dieselkraftstoff enthält beispielsweise so viel Ener-
gie wie 100 kg einer modernen Lithium-Ionen-Batterie. Lastwagen oder Bagger
mit Elektroantrieb wären in diesem Zusammenhang nur bei einer kontinuierlichen
Stromzufuhr arbeitsfähig – ein anderes noch zu lösendes Problem. Andererseits
wird der Strom weltweit hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen – Kohle oder
© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2017 1
N.V. Burnete, Ethanoleinspritzung mit Selbstzündung im
Dieselverfahren, essentials, DOI 10.1007/978-3-658-19381-2_1