Untersuchung der klopfenden Verbrennung bei Ethanolmischkraftstoffen an einem aufgeladenen Ottomotor mit Direkteinspritzung

In Band 1/2016 wird über umfangreiche Untersuchungen der klopfenden Verbrennung beim Einsatz von Benzin-Ethanol-Gemischen an einem Downsizing-Aggregat mit Aufladung und Direkteinspritzung berichtet. Bei hohen Lasten verhindert klopfende Verbrennung den Betrieb des Ottomotors bei hohen Wirkungsgraden. Ethanol weist eine hohe Klopffestigkeit auf und ist darüber hinaus regenerativ herstellbar. Daher bietet Ethanol die Möglichkeit, sowohl den Wirkungsgrad als auch die Nachhaltigkeit zu verbessern. Um den Einfluss des Ethanolgehalts auf die Gemischbildung und die Verbrennung analysieren zu können, werden die Experimente mit fünf Kraftstoffen unterschiedlichen Ethanolgehalts durchgeführt. Da eine Zumischung von Ethanol auch eine Änderung der Kraftstoffeigenschaften wie beispielsweise der Verdampfungsenthalpie nach sich zieht, wird zunächst in Druckkammerexperimenten die Gemischbildung optisch analysiert. Anschließend wird an einem modernen Einzylinderaggregat die Klopfgrenze unter verschiedenen Randbedingungen bei sämtlichen Kraftstoffen ermittelt und untersucht, ob mit steigendem Ethanolgehalt stets eine Verbesserung der Klopfgrenze erzielt wird. Danach folgt eine Untersuchung der Regelbarkeit des Klopfens, bevor mittels einer detaillierten thermodynamischen Analyse von Einzelarbeitsspielen bei heftigem Klopfen herausgearbeitet wird, wodurch sich klopfende und nicht klopfende Arbeitsspiele voneinander unterscheiden. Abschließend wird unter Verwendung von optischer Messtechnik eine Klopfortlokalisierung durchgeführt, um Brennraumbereiche mit häufigem Auftreten von klopfender Verbrennung zu identifizieren. Dadurch lässt sich klären, ob ein Zusammenhang zwischen dem Ethanolgehalt und der Klopfortverteilung im Brennraum besteht. Die Experimente zeigen, dass eine Beimischung von Ethanol zu Benzin ein großes Potenzial zur Verschiebung des Auftretens von klopfender Verbrennung hin zu selbstzündungskritischeren Betriebszuständen bietet. Folglich werden höhere Wirkungsgrade erzielt.