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Entwicklung einer Methode zur Aufarbeitung gebrauchter und minderwertiger nativer Fette und Öle zu Treibstoff für Dieselmaschinen

Gebrauchte oder minderwertige native Fette und Öle sind eine interessante Energiequelle für Dieselmaschinen, die sich durch eine ausgezeichnete Ökobilanz auszeichnen und nicht in Konkurrenz zu Nahrungs- oder Futtermitteln stehen. Dem Einsatz in Dieselmschinen stehen der i.d.R. hohe Gehalt an Schlackebildnern (Ca, Mg, Na, K, P) und an freien Fettsäuren entgegen. Ziel des Vorhabens ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die o.g. Rohstoffe so aufzuarbeiten sind, dass sie ohne weiteres in Dieselmaschinen eingesetzt werden können. Dazu wurde der Rohstoff einer sauer katalysierten Veresterung mit biogenem Ethanol unterworfen, mit dem die Gehalte sowohl an freien Fettsäuren, als auch an den genannten Schlackebildnern soweit gesenkt werden konnten, dass die Maßgaben der DIN-VN 51 605 erfüllt werden. Abgesehen davon, dass die so gewonnen Treibstoffe aus rein biogenen Rohstoffen bestehen, weisen sie Stockpunkte von teilweise unter -20 Grad Celsius auf.

Dieseleinspritztechnologie: Konzeption eines elektronischen Hochdruck-Dieseleinspritzsystems

Ein Schwerpunkt der Arbeiten befasst sich mit der Konzeption eines elektronischen Hochdruck-Dieseleinspritzsystems. Im Rahmen dieses Forschungsschwerpunktes wurde ein elektronisches Speichereinspritzsystem konzipiert, bei dem durch Trennung von Foerderung und Zumessung moeglichst wenig prinzipielle Restriktionen aufgebaut werden. Das Konzept basiert auf der Kombination einer sitzlochgebohrten Einspritzduese als aktives, querschnittsteuerndes Element mit einem piezoelektronischen Translator, der eine extrem schnelle Ansteuerung der Duesennadel mit entsprechend hohen Kraeften erlaubt. Nach einer Betrachtung der in der Vergangenheit vorgeschlagenen Speichereinspritzsysteme wurde das System, bestehend aus Injektor, Hochdruckversorgung und Steuerungselektronik, ausgelegt. Die qualitative Simulation der Duesenstroemung untermauert die Brauchbarkeit der Sitzlochduese als querschnittssteuerndes Zumessventil.

Hochinnovative Abgasnachbehandlungskonzepte für dynamisch betriebene Wasserstoffverbrennungsmotoren bis an die Nachweisgrenze, Teilprojekt A

Vergleich des Betriebes eines Einzylinder-Viertaktmotors als hochverdichtender Otto-Benzin- und Otto-Gasmotor sowie als direkteinspritzender Dieselmotor

Im Rahmen eines Forschungsvorhabens zur rationellen Verringerung der Schadstoffemission wurde ein das 'Magerkonzept' realisierender Einzylinder-Ottomotor (Epsilon=13) mit Benzin bzw. Erdgas als Kraftstoff untersucht. Die Ergebnisse wurden mit dem auf Dieselbetrieb (Epsilon=20) mit direkter Einspritzung rueckgeruesteten Motor verglichen. Ein Vergleich der Betriebsarten zeigt die Ueberlegenheit des Gasmotors gegenueber dem Benzin- und Dieselmotor im Hinblick auf die NO2- und CO-Emission. Die erhoehte CH-Emission im Abgas des Erdgasmotors ist in Anbetracht der niedrigen Toxizitaet der Kohlenwasserstoffe von untergeordneter Bedeutung. Ein Vergleich der effektiven Wirkungsgrade ergibt fuer den Dieselmotor den hoechsten Wert. Abgasverbessernde Massnahmen, wie spaetere Zuendung im Ottobetrieb bzw. spaeterer Foerderbeginn im Dieselbetrieb einerseits sowie gesteuerte Abgasrueckfuehrung andererseits, ergeben bezueglich der problematischen Stickoxidemission gravierende Verminderungen. Auch hinsichtlich der CH-Emission sind die Verbesserungen bedeutsam. Diese Verbesserung der Schadstoffemission wird durch einen geringfuegigen Anstieg des spezifischen Brennstoffwaermeverbrauchs (maximal 2 v.H.) erkauft. Die Vermutung, dass die Toxizitaet der emittierten Kohlenwasserstoffe im Gasbetrieb erheblich geringer ist als bei Benzin- oder Dieselbetrieb, konnte durch Bestimmung der Menge an benzolloeslichen Produkten im Abgas bestaetigt werden. Das Hauptproblem des Dieselbetriebs ist die vergleichsweise sehr hohe Particulare-Matter-Emission.

Umformtechnische Herstellung von verschleißfreien Bremsscheiben, Teilvorhaben: Entwicklung neuartiger Transferwerkzeuge und Herstellungsmethoden zur Bearbeitung von hochfesten Stahlwerkstoffen

Prüfberichte und Modaldaten

Das KBA hat die Wirksamkeit von Software-Updates zur Reduzierung von Stickoxiden an Dieselmotoren vor dem Hintergrund der seit 09/2015 bekannten Diesel-Thematik überprüft. Wie die nun vorliegende Untersuchung zeigt, führt die Durchführung der Software-Updates erkennbar zu einer deutlichen Verringerung der NOx-Emissionen auch ohne den Einsatz eines Nachrüstsystems. Die Schwerpunkte bei der Betrachtung der von den Herstellern vorgelegten Software-Updates waren neben der Beseitigung gegebenenfalls vorhandener unzulässiger Abschalteinrichtungen die Bewertung von Verbesserungen bei realer Straßenfahrt (RDE) und bei niedrigen Umgebungstemperaturen. Anhand der Auswertungen lässt sich feststellen, dass die Softwareverbesserungen eine durchgehend positive Wirkung auf die Abgasemissionen haben.

Pflanzenoel als Kraftstoff fuer Dieselmotoren

In dieser Arbeit wird die Verwendungsmoeglichkeit von Pflanzenoelen als Kraftstoff fuer Dieselmotoren, insbesondere in Hinblick auf die Anwendung dieser Technologie in den Laendern der Dritten Welt untersucht. Daher wird hier das 'On-farm-Konzept' verfolgt. Dh die gesamte Kette von der Oelsaatproduktion ueber das Oelpressen bis hin zur Verwertung des Oels erfolgt im landwirtschaftlichen Betrieb. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Durchfuehrung von Dauertests mit kaltgepresstem Rapsoel.

Entwicklung eines Verfahrens zur Berechnung von Binnenschiffsemissionen

In einer Forschungskooperation mit dem Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme der Universität Duisburg-Essen wird eine Software (BinEm) entwickelt, die mithilfe der Messung von Luftschadstoffen auf Binnenschiffen unter realen Betriebsbedingungen kalibriert und validiert werden soll. Aufgabenstellung und Ziel Die Schifffahrt soll nach Vorgaben der EU bis zum Jahr 2050 klimaneutral werden. Zur zwischenzeitlichen Reduktion der Treibhausgas- und Schadstoffemissionen werden verschiedene Technologien (z. B. Abgasreinigung) eingesetzt. Um den Einfluss von neuen Technologien auf die Schiffsemissionen abschätzen zu können, sind realistische Angaben zu den emittierten Schadstoffen durch die Binnenschifffahrt notwendig. Die bisher veröffentlichten Emissionsdaten, die der Binnenschifffahrt zugerechnet werden, basieren auf Modellen mit vielen Annahmen, die die Betriebsparameter im realen Einsatz sehr vereinfacht abschätzen. Aus diesem Grund wurde im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsvorhabens der BAW und der Universität DuisburgEssen ein Verfahren zur Berechnung der Binnenschiffsemissionen entwickelt. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Mit der im Rahmen der Forschungskooperation mit dem Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme (ISMT) entwickelten Software können Emissionen der Binnenschifffahrt für beliebige Regionen und Schiffsflotten modelliert werden. Damit steht der BAW eine Methode zur Verfügung, die es ermöglicht, den Anteil der Binnenschifffahrt an den Luftschadstoffen abzubilden und den Erfolg von Emissionsminderungsmaßnahmen zu bewerten. Auf Basis dieser Ergebnisse können Entscheidungsträger im BMDV und in der GDWS erfolgversprechende Maßnahmen zur Minderung von Binnenschiffsemissionen gezielt ableiten, geltende Vorschriften anpassen oder neue erlassen. Untersuchungsmethoden Das entwickelte Verfahren besteht aus mehreren Modulen. Zunächst wird der Schiffswiderstand in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit über Grund und der Strömung berechnet (Noß und Kossmann 2021). In dem aktuellen Verfahren wird nun auch der zusätzliche Widerstand bei Kurvendrift berücksichtigt. Hierfür greift das Programm auf einen äquivalenten Geradeauswiderstand zurück und addiert in Abhängigkeit des Driftwinkels einen in einer Datenbank hinterlegten Beiwert für den zusätzlichen Widerstand durch Schräganströmung. Anschließend werden der Gütegrad der Propulsion und die Propellerdrehleistung ermittelt. Mithilfe charakteristischer Propellerfreifahrtdiagramme und Motorenkennfelder sowie leistungsbezogener Faktoren werden final der Kraftstoffverbrauch und die Schiffsemissionen berechnet (Noß und Kossmann 2022). Die Spannweite an Schiffs- und Motorenparametern ist sehr groß. Basierend auf Simulations- und Modellversuchsergebnissen charakteristischer Schiffe (Noß und Kossmann 2021, 2022; Kossmann und Wierczoch 2022) wurden einzelne Widerstandsbeiwerte und der Gütegrad der Propulsion in Abhängigkeit von Schiffsgeschwindigkeit und Wassertiefenverhältnis zu Abladetiefenverhältnis berechnet. Der für die Propulsion verwendete Propeller ähnelt in seiner Geometrie einem charakteristischen Binnenschiffs-Düsen-Propeller. In Abhängigkeit von der berechneten Propulsions- bzw. Bremsleistung, der Schiffsgröße und der Anzahl der Propeller wählt das Verfahren einen passenden Motor in einer Datenbank aus. Diese beinhaltet für schnelllaufende Dieselmotoren mit Leistungen zwischen 400 und 1200 kW Daten zur Motorleistung, Drehzahl und zum spezifischen Kraftstoffverbrauch. Der gewählte Ansatz ist für den Großteil der Flotte sowie Betriebspunkte während einer typischen Streckenfahrt anwendbar. Situationen wie Ausweichmanöver, Ausweichmanöver, Schleusenfahrten oder An- und Ablegemanöver lassen sich mit diesem Ansatz jedoch nicht abbilden.

Vergleich zyto- und gentoxischer Wirkungen des Abgaspartikulats von verschiedenen Dieselfahrzeugen bei Betrieb mit fossilem Brennstoff und Rapsoelmethylester (Biodiesel)

Dieselmotoremissionen (DME) haben sich bei Verbrennung fossiler Kraftstoffe als mutagen erwiesen. Die Karzinogenitaet wurde von der IARC im Tierversuch als gesichert (sufficient evidence) und fuer den Menschen als wahrscheinlich (limited evidence) eingestuft. In unseren Studien werden die DME beim Betrieb von PKW und Traktoren mit Rapsoelmethylester (RME) und herkoemmlichem Dieselkraftstoff (DK) untersucht. Das filtergesammelte Abgaspartikulat wird schonend extrahiert, mit HPLC auf PAH analysiert und im direkten Vergleich zwischen RME und DK im AMES-Test auf seine mutagenen Eigenschaften und im Neutralrot-Test auf Zytotoxizitaet untersucht. In den bisher durchgefuehrten Versuchen waren die Filterextrakte bei RME-Betrieb trotz hoeherer absoluter Masse in fast allen Laststufen und Fahrzyklen deutlich weniger mutagen als die DK-Extrakte. Dies ist wahrscheinlich auf die niedrigere PAH-Konzentration im Abgas bei RME-Betrieb zurueckzufuehren. Sollte sich bestaetigen, dass RME-Abgase eine niedrigere mutagene Potenz aufweisen als DK-Abgase, so muss ein Ersatz von DK durch RME beim Betrieb von Dieselfahrzeugen an besonders kritischen Arbeitsplaetzen (in Hallen, unter Tage) und anderen Stellen (z.B. Taxis und Busse in Innenstaedten) diskutiert werden.

Verbrennungstechnische Untersuchung an einem PKW-Vorkammer-Dieselmotor

Der sich durch eine zweistufige Verbrennung auszeichnende schnelllaufende Vorkammer-Dieselmotor, wegen seiner vergleichsweise verfahrenstypischen Laufruhe sehr gut fuer den Einsatz im PKW geeignet, zeigt vor allem im Teillastgebiet eine hohe Russemission, die den Vorteil der relativ niedrigen Stickoxid- und Kohlenwasserstoff-Emission entgegensteht. Durch eine Aenderung der Vorkammergeometrie konnte aufgrund verbesserter Stroemungs- und Gemischbildungsverhaeltnisse in einem weiten Last- und Drehzahlbereich die Russemission bis zu ca.50 v.H. ohne Verbrauchseinbusse vermindert werden. Leider wird jedoch dieser Erfolg mit einer ca. 20-prozentigen Erhoehung der Stickoxidemission erkauft. Dieser Nachteil konnte durch eine zweckentsprechend dosierte Abgasrueckfuehrung eliminiert werden, ohne dass dadurch die Verminderung der Russemission nennenswert beeintraechtigt wurde. Bei einer weitergehenden Verminderung der Stickoxidemission stieg die Russemission nicht unbetraechtlich an, sie blieb allerdings noch deutlich (z.B. 25 v.H.) unter der des Serienmotors. Die mittels einer Geruchsmessstation durchgefuehrten Untersuchungen ergaben fuer die veraenderte Vorkammer im Vergleich zur serienmaessigen Version sogar eine etwas geringere Geruchsintensitaet, obwohl diese beim serienmaessigen Motor im Vergleich zum direkteinspritzenden Dieselmotor schon sehr niedrig ist. Mit der modifizierten Vorkammer konnte auch die an der Russgrenze erreichbare Leistung um ca. 5 v.H. angehoben werden.

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