Third party funded individual grant
Start date : 01.10.2020
End date : 31.03.2023
The first phase of the project regarding Diesel fuels with bio-ethanol
content showed that air entrainment in fuel sprays at engine conditions can be
regarded independent of the fuel composition. Equal fuel/air mass ratios are
attained locally for different substances. This mixture situation can
specifically be adjusted by means of the injection system. An influence of the
fuel can be seen at first at the transition from the physical mixture formation
to the chemical combustion process. Fuel characteristics like oxygen
content – which is a typical feature of bio-fuels – lead to leaner
mixtures. Selecting a fuel, the focus can thus be set on such chemical
properties. Problems of pollutant emissions and finiteness of resources can be
addressed simultaneously: Utilizing bio-fuels with a suitable set of chemical
properties, the heat release rate is specifically influenced to lead to lower
emissions.
Besides the alcohol ethanol, the proposed second stage of the project includes HVO and 1-octanol as additional bio-fuels. Using Raman spectroscopy, a possible influence of the fuel on the mixture homogeneity at a molecular level is to be assessed. Subsequently, the combustion process of the alternative fuels will be investigated at a combustion chamber, a Rapid Compression Machine and a single-cylinder research engine, while gradually maximizing the real world application-orientation. Goal of the project is to point up possibilities and limits of an optimized combustion management based on alternative fuels at one or a few operating conditions in the real world engine application. To directly harness findings and optimize their transfer between the different testing facilities, the results will continuously be gathered by and integrated into numerical simulation. Substance properties necessary for this purpose will be determined within the project via Raman spectroscopy. This yields a currently needed data base beyond the proposed project.
Die erste Projektphase zu
Bioethanol-haltigen Dieselkraftstoffen zeigte, dass die Luftbeimischung zu
unter Motorbedingungen injiziertem Kraftstoff als unabhängig von seiner Zusammensetzung
betrachtet werden kann. Für verschiedene Substanzen resultieren in der
stationären Phase lokal gleiche Kraftstoff-Luft-Massenverhältnisse, die durch
das Einspritzsystem gezielt eingestellt werden können. Ein Kraftstoffeinfluss
kommt erst beim Übergang von physikalischer Gemischbildung zu chemischer
Verbrennung zu tragen. Charakteristika wie ein (Biokraftstoff-typischer)
Sauerstoffgehalt führen zu magereren Gemischen. Dies erlaubt bei Auswahl eines
alternativen Stoffs die Fokussierung auf chemische Eigenschaften.
Problemstellungen der Schadstoffemission und endlicher Ressourcen können so
simultan und synergetisch behandelt werden: Durch Verwendung von Biokraftstoffen
mit geeigneter chemischer Charakteristik wird der Verbrennungsverlauf gezielt
so beeinflusst, dass geringe Emissionen entstehen.
Neben dem Alkohol Ethanol sollen in der beantragten zweiten Projektphase HVO und 1-Octanol untersucht werden. Durch Analyse der Mischungshomogenität via Raman-Spektroskopie soll beurteilt werden, ob ein Kraftstoffeinfluss auf mikroskopischer Ebene besteht. Darauf aufbauend soll die Verbrennungsvorgang alternativer Kraftstoffe in Einspritzkammer, Rapid Compression Machine und Einzylindermotor analysiert und die Anwendungsnähe sukzessive maximiert werden. Ziel ist es Möglichkeiten und Grenzen einer optimalen Verbrennungsführung durch alternative Kraftstoffe für einen oder wenige Betriebspunkt(e) im realen Anwendungsfall aufzuzeigen. Um Erkenntnisse direkt nutzbar zu machen und den Transfer zwischen den Prüfstandssystemen zu optimierten, erfolgt ein stetiger Übertrag in die numerische Simulation. Hierzu erforderliche Stoffdaten werden projektimmanent via Raman-Spektroskopie bestimmt und geben eine aktuell benötigte Datenbasis über das Projekt hinaus.