Motoroptimierung, Entwicklung neuartiger Brennverfahren und Lastregelungskonzepte

OME verbrennt wegen fehlender direkter Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen sowie eines gewissen Sauerstoffanteils im Molekül nahezu rußfrei. Diese Eigenschaft ermöglicht neue Freiheitsgrade in der Motorapplikation. Somit ergeben sich unter anderem zwei Entwicklungsrichtungen. Einerseits gilt es zu untersuchen, wie OME sich in aktuellen Motorengenerationen verhält, welche Vorteile und Herausforderungen entstehen. Andererseits müssen neue Motorengenerationen dezidiert für OME ausgelegt werden, um das maximale Potential des Kraftstoffs zu heben. Teil dessen ist unter anderem die Entwicklung neuartiger Konzepte des Brennverfahrens und der Lastregelung.
Aktuelle Beispiele stellen die folgenden Projekte dar:
- Nachhaltige Mobilität durch synthetische Kraftstoffe NAMOSYN
- Closed Carbon Cycle Mobility C3 Mobility
- Konstruktion und Fertigung eines neuen Zylinderkopfes für den Einzylinderforschungsmotor
Erforschung der Abgasnachbehandlung im Kontext der Verbrennung von OME
Sowohl die Beimischung von OME zu konventionellem Dieselkraftstoff als auch der Einsatz von reinem OME hat deutliche Auswirkungen auf den Verbrennungsprozess und die Schadstoffentstehung. Resultat dessen sind veränderte Randbedingungen am Eintritt in das dem Motor nachgelagerte Abgasnachbehandlungssystem.
Dies umfasst insbesondere:
- Identifikation der Einflüsse und Wechselwirkungen zwischen Verbrennungsmotor und Abgasnachbehandlungssystem (AGN)
- Multikriterielle Optimierung der AGN-Betriebsstrategie (z.B. hinsichtlich Verbrauch, Emissionen, Komfort)
- Ableitung einer möglichen Entfeinerung der AGN. Reduktion der Systemkomplexität.
Realfahrtuntersuchungen mit OME und OME-/Diesel-Blends
Das Institut hat im Frühjahr 2017 ein OME-Demonstratorfahrzeug umgerüstet und in Betrieb genommen. Das Fahrzeug wird mit OME-/Diesel-Blends und mit reinem OME betrieben. Für Realfahrtuntersuchungen mit dem OME-Demonstratorfahrzeug stehen am Institut folgende Einrichtungen zur Verfügung:
- E-Mobility & Hybrid Center
- OME-Demonstratorfahrzeug
- Freiprogrammierbare Prototypenmotorsteuerung Schaeffler PROtroniC
- Eigens entwickelte, RDE-konforme Strecken in und um Darmstadt
- Eigene nicht öffentliche Teststrecke
- Mobile Messtechnik (Portables Emissionsmesssystem PEMS, Zylinderhochdruckindizierung)
- Advanced 4x4-Rollenprüfstand beim TÜV Hessen in Pfungstadt
Motorprozessrechnung (0D / 1D) und 3D-CFD mit OME
Die experimentellen Untersuchungen am Motorenprüfstand und im Fahrzeug werden stets durch Simulationsaufgaben begleitet und ergänzt. Simulation ermöglicht es Werte zu bestimmen und Erkenntnisse zu gewinnen, die am realen Motor nur mit erheblichem messtechnischem Aufwand zu bestimmen sind. Gleichzeitig erfolgen ein kontinuierlicher Abgleich und Validierung zwischen Experiment und Simulation. Somit wird der Prozess überwacht und potentielle Fehlerquellen identifiziert und beseitigt.
Dazu werden unter anderem folgende Werkzeuge eingesetzt:
- AVL Cruise M
- GT Power
- AVL Fire
Aktuelle und abgeschlossene Forschungsprojekte:
- C3 Mobility
- NAMOSYN
- Erprobung von Kraftstoffmesstechnik
- Subzero 2 – Emissionsreduzierung auf ein Level gleich dem oder kleiner als das Umgebungsniveau
- Eigenfinanzierte und unabhängige Forschungsaktivitäten:
- am Einzylinderforschungsmotor
- am OME-Demonstratorfahrzeug