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Biokraftstoffe - Eigenschaften und Erfahrungen bei der Anwendung, Biokraftstoffe - Eigenschaften und Erfahrungen bei der Anwendung - Fortschreibung

Dieser DGMK-Forschungsbericht ist eine Fortschreibung des DGMK-Forschungsberichts 611 'Biokraftstoffe -Eigenschaften und Erfahrungen bei der Anwendung', der im Jahr 2002 erschienen ist. Seit dieser Zeit haben sich die Pläne der Europäischen Kommission, den Einsatz von Biokraftstoffen zu fördern, konkretisiert. Die Direktive 2003/30/EC gibt für den Zeitraum von 2005 bis 2010 Zielvorgaben, in welchem Umfang Biokraftstoffe in den Handel gebracht werden sollen. Bei Dieselkraftstoffen wird das im Wesentlichen durch Zugabe von bis zu 5 Prozent Fettsäuremethylestern und nicht durch einen Einsatz in reiner Form geschehen. Bei den Ottokraftstoffen kommen Ethanol und Ethyltertiärbutylether (ETBE) als Beimischungen in Frage. Sowohl bei Diesel- als auch bei Ottokraftstoff sind für den Fall einer Beimischung durch die gültigen Normen Maximalwerte für die sauerstoffhaltigen Verbindungen gegeben. Wegen seiner geringeren Oxidations- und Lagerstabilität besteht ein Interesse an Labortests, die für Biodiesel und Dieselkraftstoffe, die Biodiesel enthalten, eine Vorhersage darüber erlauben, ob der Kraftstoff über eine für den praktischen Betrieb ausreichend große Stabilität verfügt. Die ASTM D 4625-Methode, bei der die Probe bei 43 Grad Celsius gelagert wird und die allgemein als das geeigneste Testverfahren zur Bestimmung der Lagerstabilität von Mitteldestillaten angesehen wird, ist für Fettsäuremethylester und Mischungen mit ihnen weniger gut geeignet. Unter vielen untersuchten Prüfverfahren hat für die Bestimmung der Lagerstabilität die Rancimat-Methode die weiteste Anerkennung gefunden, obwohl auch Ergebnisse vorliegen, die es fraglich erscheinen lassen, ob generell ein Zusammenhang zwischen den Rancimat-Ergebnissen und der Lagerstabilität besteht. Vereinzelt gibt es Dieselkraftstoffe, die für eine Zumischung auch nur einer so geringen Menge wie 5 Prozent Biodiesel schlecht geeignet erscheinen. Für solche Dieselkraftstoffe scheint eine besonders kleine Rancimat-Induktionsperiode kennzeichnend zu sein. Nicht alle für Kohlenwasserstoffe bewährten Antioxidationsmittel sind in Mischungen mit Biodiesel gleich gut wirksam. Nach den bisherigen Erfahrungen kommt es beim Einsatz von Mischungen mit Biodiesel in Kraftfahrzeugen zu keinen Problemen, wenn der Biodieselgehalt 5 Prozent nicht übersteigt, auf Abwesenheit von Wasser geachtet und die Lagerzeit auf 6 Monate begrenzt wird. Der eingesetzte Biodiesel muss den Anforderungen der Norm EN 14214 genügen. Überflüssiger Kontakt mit Luft beispielsweise durch Rühren sollte bei der Lagerung von Biodiesel unbedingt vermieden werden. Auch wenn in dem durch die Norm erlaubten Rahmen Ethanol oder ETBE konventionellen Ottokraftstoffen beigemischt wird, sind im praktischen Betrieb keine Schwierigkeiten zu erwarten. Allerdings muss beim Zusatz von Ethanol auf die Abwesenheit von Wasser im System geachtet werden. Bei einer unkontrollierten Vermischung von ethanolhaltigen und ethanolfreien Kraftstoffen kann der Dampfdruckgrenzwert ...

Einfluss verlustarmer Fuellungsregelungen auf den Verbrennungsablauf von Ottomotoren

Die verlustarme Fuellungsregelung zur Leistungssteuerung von Ottomotoren ist insbesondere im Teillastbereich eine sehr wirksame Massnahme zur Verminderung des Kraftstoffverbrauches. Da die zum Antrieb von Kraftfahrzeugen eingesetzten Ottomotoren ueberwiegend im Teillastbereich arbeiten, ist bei Anwendung der o.g. Regelungsart eine erhebliche Kraftstoffersparnis zu erwarten. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Auswirkungen von Fuellungsregelungen durch fruehes variables Einlassende mittels verschiedener Steuerungsvorrichtungen auf den ottomotorischen Verbrennungsprozess und das daraus resultierende Verhalten im Hinblick auf Wirkungsgrad und Schadstoffemission experimentell und durch begleitende Rechnung anhand mathematischer Modelle zu untersuchen.

Abgasemission und Betriebsverhalten von Ottomotoren bei Betrieb mit verschiedenen Brennstoffen

Versuchsmotoren sollen mit moeglichst vielen fluessigen und gasfoermigen Brennstoffen betrieben werden. Die Schadstoffemission soll im Zusammenhang mit dem allgemeinen Betriebsverhalten und dem Wirkungsgrad beurteilt werden.

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.

Entwicklung und Demonstration eines Verfahrens zur Minderung des Verbrauchs und der Schadstoffemission von Ottomotoren

Experimentelle Untersuchung der zweistufigen Verbrennung im Kolbenmotor unter besonderer Beruecksichtigung geringer Schadstoffemission

Im Rahmen der Abgasentgiftung heutiger Kraftfahrzeugmotoren wurde ein Otto/Diesel-Hybridmotor mit vergleichsweise geringer Schadstoffemission entwickelt. Die Berechnung der Waermeentwicklung im Motor und die Analyse von Gasproben aus der Verbrennungszone ermoeglichten einen Einblick in die Zusammenhaenge zwischen Energieumsatz und Schadstoffbildung. Die gute Abgasqualitaet des Verfahrens wird durch eine zweistufige Verbrennung in Verbindung mit einer Kombination aus Ladungsschichtung und Fremdzuendung hervorgerufen. Ausserdem kann durch Massnahmen wie Ansaugluftdrosselung, Wassereinspritzung, Abgasrueckfuehrung und katalytische Abgasreinigung das Abgas zusaetzlich entscheidend verbessert werden. Das Verfahren besitzt eine weitgehende Oktanzahlunempfindlichkeit, so dass darueberhinaus durch eine geeignete Kraftstoffauswahl eine Abgasentgiftung moeglich wird. Straigt-Run-Benzin ist dabei ein besonders attraktiver Kraftstoff, da bei seiner Verbrennung wesentlich weniger (50 v.H.) unverbrannte bzw. teiloxidierte Kohlenwasserstoffe im Abgas enthalten sind und aufgrund seines niedrigeren Aromatengehaltes auch die Emission kanzerogener Kohlenwasserstoffe stark verringert sein duerfte. Ausserdem ist es gegenueber Superbenzin wegen der einfacheren Herstellung und der besseren Rohoelausnutzung wesentlich preisguenstiger. Als naechstes Ziel wird durch Verbesserung der Gemischaufbereitung und durch Steuerung des Verbrennungsablaufs fuer den Betrieb mit Straight-Run-Benzin eine weitere Absenkung der Schadstoffemission, insbesondere der Emission kanzerogener Kohlenwasserstoffe, angestrebt.

Untersuchungen ueber Leistungs- und Abgasverhalten von Verbrennungsmotoren bei mageren Gemischen

Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Leistung, Abgasemission und Wirkungsgrad bei Betrieb von Ottomotoren mit mageren Brennstoff-Luft-Gemischen.

Instationaere Untersuchungen an Verbrennungsmotoren

Durch Messung der Abgasemission eines Ottomotors bei ploetzlichen Aenderungen des Betriebspunktes soll die Grundlage fuer eine Verringerung der Abgasemission von Verbrennungsmotoren geschaffen werden.

Untersuchung des Diesel/Gas-Verfahrens bezueglich seiner Eignung zur Verbesserung der Abgasqualitaet

Der Wirkungsgrad von Dieselmotoren ist wegen des thermodynamisch guenstigeren Arbeitsprozesses besser als jener von Ottomotoren. Darueberhinaus erfolgt die Verbrennung des Kraftstoffes wesentlich schadstoffaermer, abgesehen vom nachstoechiometrischen Bereich, in dem das Dieselverfahren zur Russbildung neigt. Ersetzt man die eingespritzte Dieselkraftstoffmenge weitgehend durch der Ansaugluft beigemischtes Brenngas - der Dieselkraftstoff dient dann nur noch zur Zuendung des Gemischs -, so kann die Feststoffemission und damit auch die Emission biologisch aktiver bzw. krebserregender benzolloeslicher Substanzen stark vermindert werden. Einer verfahrensbedingt hoeheren Emission unverbrannter Abgaskomponenten kann durch verschiedene motorische Massnahmen, wie Drosselung der Ansaugluft, Gemischvorwaermung, partielle Rueckfuehrung gekuehlter bzw. besser ungekuehlter Abgase begegnet werden. Die Gaszugabe ermoeglicht eine verstaerkte Abgasrueckfuehrung und so eine weitergehende Verminderung der Stickoxidemission. Im obersten Lastbereich kann die Verschiebung der Russgrenze zur Leistungs- und Wirkungsgradsteigerung genutzt werden. Das Gesamtkonzept dieses Verfahrens bezieht in seiner letzten Phase die Installation eines Vergasungsreaktors direkt am Motor ein mit dem Ziel, fuer mobile Zwecke aus fluessigen Kraftstoffen direkt das notwendige Brenngas herzustellen.

SACI II - Vorkammer-Brennverfahren mit alternativen Kraftstoffen

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