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Projekt
Experimentelle Untersuchungen zyklischer Schwankungen in homogen vorgemischten Ottomotoren mit unterschiedlichem Restgasanteil
Antragsteller
Dr.-Ing. Benjamin Böhm
Fachliche Zuordnung
Energieverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 349537577
Die Abgasrückführung (AGR) bietet auch in wasserstoffbetriebenen Motoren ein großes Potenzial zur Minimierung der NOx-Emissionen. Die AGR-Rate kann zudem zur Steuerung der Leistungsabgabe verwendet werden, was dem Wirkungsgrad des Motors zugutekommt, und kann ein Mittel sein, um einen stöchiometrischen Betrieb ohne das Auftreten anomaler Verbrennungsphänomene zu ermöglichen. Dieses Teilprojekt verfolgt das globale Ziel, zyklische Schwankungen und deren Ursachen in Motoren mit homogenen Kraftstoff-Luft-Gemischen und hoher AGR-Rate experimentell zu untersuchen. In Förderperiode 1 wurde dazu die Entwicklung der frühen Flamme in der turbulenten Zylinderinnenströmung unter Variation der AGR-Raten detailliert untersucht. Als repräsentativer kohlenwasserstoffbasierter Kraftstoff wurde Iso-Oktan verwendet. In Förderperiode 2 sollen diese Untersuchungen auf den kohlenstofffreien Kraftstoff Wasserstoff erweitert werden. Die für Wasserstoffflammen typischen thermodiffusiven und hydrodynamischen Instabilitäten beeinflussen zusätzlich zum turbulenten Strömungsfeld die Auffaltung der Flamme und die lokale Reaktionsgeschwindigkeit, was sich direkt auf die Dynamik der Flammenausbreitung auswirkt. Ziel ist es, die Auswirkungen der intrinsischen Instabilitäten, AGR und mageren Gemischen auf die Ausbildung der frühen Flamme und die zyklischen Schwankungen besser zu verstehen und Daten für die Modellentwicklung und Validierung numerischer Simulationen zur Verfügung zu stellen. Hierfür sollen Strömungsgeschwindigkeiten, Flammenfronten sowie die Gemischbildung mittels laseroptischer Messmethoden erfasst werden. Eine wesentliche Herausforderung ist neben der Quantifizierung der Messgrößen die simultane Multiparametermessung, mit der Interaktionen relevanter Parameter erfasst werden sollen. Wann immer dies möglich und sinnvoll ist, werden Highspeed-Messverfahren genutzt, um die Daten auch zeitabhängig auswerten zu können. Für die geplanten Untersuchungen soll ein optisch zugänglicher Ottomotor mit Saugrohreinspritzung verwendet werden, der eine äußere AGR (ohne Wasserdampf) über eine Gasmischanlage und eine innere AGR über eine Variation der Ventilsteuerzeiten ermöglicht. Dafür steht am Fachgebiet ein Motorprüfstand zur Verfügung, der insbesondere für die Modellvalidierung aufgebaut wurde und neben einem reproduzierbaren Betrieb definierte und umfänglich charakterisierte Randbedingungen ermöglicht. Anhand von Wirkungskettenanalysen sollen Zusammenhänge zwischen Mischungs- und Turbulenzstruktur einerseits mit der Zündung und andererseits mit der Frühphase der Flammenausbreitung untersucht werden. In enger Zusammenarbeit mit Teilprojekt 2 sollen experimentelle und numerische Daten für eine Rückwärtsanalyse in der Zeit verwendet werden, um Strömungsstrukturen zu identifizieren, die den Brennverlauf nachhaltig beeinflussen und zyklische Schwankungen verursachen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Mitverantwortlich
Professor Dr. Andreas Dreizler
