Wirkungsgradsteigerung und Emissionsreduzierung am Ottomotor mittels synthetischer Kraftstoffe

Erfreuliche Ergebnisse kommen aus Arbeitspaket C2. Unter der Leitung des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen (VKA) der RWTH Aachen wurden zehn Ottomischkraftstoffe mit Methanol, Ethanol, iso-Butanol und 2-Butanol sowie Methanol als Reinkomponente in Hinblick auf ihre Eignung für den Einsatz in Pkw-Ottomotoren untersucht.

Als Grundkraftstoff für die thermodynamischen Untersuchungen an einem Einzylinder-Forschungsmotor mit Direkteinspritzung diente ein sauerstofffreies Benzin mit einer Research-Oktanzahl (ROZ) von 94. Die Alkohol-Reinkomponenten wurden diesem Grundkraftstoff in Anteilen zwischen 3% und 40% (v/v) beigemischt. Insgesamt wurden so zehn Kraftstoffmischungen mit unterschiedlichen Eigenschaften festgelegt. Die einzelnen Merkmale sind auf Abbildung 1 zu sehen.

Die definierten Gemische sowie reines Methanol und der Referenzkraftstoff sollten dann in Bezug auf Effizienz und Emissionen betrachtet werden. Die grundlegenden Untersuchungen umfassten den stöchiometrischen Teil- und Volllastbetrieb, Ladungsverdünnung mittels Abgasrückführung (AGR) und Luftüberschuss sowie Katalysatorheizen und Ölverdünnung.

Insgesamt sind die Ergebnisse sehr vielversprechend: So konnte mit reinem Methanol große Potenziale zur Steigerung des Wirkungsgrades und der Reduzierung der NOx-Emissionen bescheinigt werden. Bei gleichem Verdichtungsverhältnis konnte mit Methanol im Vergleich zum Referenzkraftstoff ROZ98 ein um 23,5% höherer Wirkungsgrad erreicht werden. Bei den Kraftstoffmischungen lag die Wirkungsgradsteigerung bei 12,6%. Durch die Kombination einer hohen Verdampfungsenthalpie mit einer hohen laminaren Flammgeschwindigkeit ermöglicht Methanol bei hohen Lasten und Kaltstartbedingungen eine Klopffestigkeit und eine hohe Verbrennungsstabilität.

Im Vergleich dazu wiesen die Mischungen mit Butanol und Ethanol einen höheren Heizwert auf, waren dafür aber weniger klopffest. Die höhere Siedetemperatur löste zudem einen Anstieg der HC-Emissionen unter Kaltstartbedingungen aus. Hinsichtlich der AGR-Verträglichkeit und Magerverbrennung sind weitere Wirkungsgradvorteile und eine Emissionsreduktion mit den Kraftstoffmischungen und Reinkomponenten zu erwarten.

Titelbild: FEV Europe GmbH, restliches Bildmaterial: vka

 

Weitere Informationen

Christian Wouters
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Ottomotoren Thermodynamik
Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen VKA
RWTH Aachen University
E-Mail: wouters@vka.rwth-aachen.de