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Projekt
Charakterisierung der Niedertemperaturkinetik großer Kohlenwasserstoffe für die Modellentwicklung zur Motorenregelung
Antragstellerin
Professorin Dr. Tina Kasper
Fachliche Zuordnung
Energieverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277012063
Durch Niedertemperaturverbrennung (NTV) kann der Wirkungsgrad von Motoren gesteigert und gleichzeitig ihre Emissionen gesenkt werden. Bei der NTV wird ein homogenes Brennstoff-Luft-Gemisch erzeugt, das nach Selbstzündung verbrennt. Die FOR2401 entwickelt Lösungsansätze für die Regelung von NTV-Verfahren, die es ermöglichen, Motoren transient und in einem weiten Kennfeld stabil betreiben zu können. Ein besonderes Problem der Regelung von NTV-Prozessen stellen die durch die Überlagerung von reaktionskinetischen und strömungsmechanischen Effekten verursachten, skalenübergreifenden, zyklischen Schwankungen dar. Das Konzept der FOR2401 ist es daher, eine Multiskalenregelung zu entwickeln. Dabei kann z.B. durch kontrollierte Mehrfacheinspritzung, Zwischenkompression, Abgasrückführung und Wassereinspritzung Einfluss auf die NTV genommen werden. Da Zünd- und Schadstoffbildungsprozesse bei den durch die Regeleingriffe eingestellten Bedingungen von der Kinetik der an dem Prozess beteiligten Stoffe und Reaktionen bestimmt werden, ergeben sich kinetische Fragestellungen zu den Reaktionsabläufen bei der Umsetzung von teilverbranntem Gemisch mit zusätzlichem Brennstoff, bei der Zündung und bei der Bildung von Schadstoffen.Zur Untersuchung dieser Fragestellungen werden die Umsetzungen von Brennstoff-Luftgemischen in einem Strömungsreaktor und einem Well-Stirred Reaktor mittels Massenspektrometrie und Gaschromatographie analysiert. Durch Variation des Drucks, der Reaktionstemperatur, der Verweilzeit und des Äquivalenzverhältnisses werden Datensätze erhoben, aus denen auf die Reaktionsabläufe geschlossen werden kann. Experimentell werden Drücke bis zu 20 bar realisiert, um insbesondere die Bedingungen der Zwischenkompression bzw. der gestuften Einspritzung zu untersuchen. Die Arbeiten adressieren systematisch die Reaktionskinetik der n-Alkane von n-Heptan bis n-Dodecan, i-Oktan, Toluol und Methylcyclohexan, die Surrogatkomponenten von Diesel- oder Ottokraftstoff sind. Innerhalb der FOR2401 dienen die Daten zur Weiterentwicklung des Reaktionsmechanismus, der die Reaktivität bei motorischen Bedingungen vorhersagt und damit die kinetischen Grundlagen in die Regelungsstrategien einbindet.Außerdem wird der Zusammenhang zwischen der Ionenbildung bei der Verbrennung und dem thermodynamischen Zustand des Brenngasgemischs untersucht, um zu ermitteln, wie das im Motor vergleichsweise einfach zu messende Ionenstromsignal in Kombination mit dem Zylinderdruck als Regelparameter genutzt werden kann. Dazu werden zunächst Niederdruck-Flammen betrachtet, in denen die Ionenbildung relativ gut bekannt ist. Die Untersuchungen werden dann im Hochdruckreaktor auf den NTV-Parameterbereich ausgedehnt, um Bildungsreaktionen bei diesen Temperaturen aufzufinden. Die Ionenbildung soll auch bei kleinen Temperaturen und moderaten Drücken in möglichst wenigen Bildungsreaktionen und damit sehr kleinen Reaktionsmechanismen erfasst werden und so in die Regelungsstrategien einfließen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
