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Otto 45 Kraftstoffreformierung als Weg zum Ottomotor mit 45% Wirkungsgrad

In diesem Projekt setzte man es sich zur Aufgabe, den effektiven Wirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine (DI-Ottomotor mit 3-Wege-Katalysator, Lambda 1 Konzept und Betrieb mit Standardkraftstoff) durch die Kombination unterschiedlicher Maßnahmen in einem eingeschränkten Kennfeldbereich auf 45% zu steigern. Dafür wurde an einem modernen direkteinspritzenden Ottomotoren mit Abgasturboaufladung und variablen Ventilsteuerzeiten die Konzepte der Abgasrückführung, Verdichtungsanhebung, Wassereinspritzung und Kraftstoffreformierung untersucht. Zudem wurden an einem Synthesegasprüfstand die Kraftstoffreformierung analysiert und ein Simulationsmodell erstellt.

Ausgangssituation

Bei der Anwendung von Verbrennungsmotoren in Hybrid-Antriebsträngen kann der Betrieb auf effiziente Lastbereiche eingeschränkt werden. Daher gilt es, die Effizienz des Motors in diesen Kennfeldbereichen weiter zu steigern.

Anhand einer umfassenden Literaturrecherche wurden unterschiedliche Maßnahmen zur Wirkungsgradsteigerung von Verbrennungsmotoren identifiziert.

Als Basis für die experimentellen Untersuchungen am Motorenprüfstand wurde ein moderner direkteinspritzender Ottomotor mit Turboaufladung ausgewählt.

Als innovative Hauptmaßnahme zur Wirkungsgradsteigerung wurde die Kraftstoffreformierung mittels Abgasenergie definiert. Dafür wurden entsprechende Katalysatoren beschafft, die für die Untersuchungen am Motorenprüfstand und Synthesegasprüfstand herangezogen wurden.

Projektverlauf

Ausgehend von den Untersuchungen am Basismotor wurden alle erfolgversprechenden Maßnahmen zur Wirkungsgradsteigerung am Versuchsmotor adaptiert und untersucht. Dazu zählten unter Anderem eine eigens entwickelte gekühlte Abgasrückführung sowie eine Wassereinspritzung (Kanaleinspritzung). Weiteres wurde der Versuchsmotor auf den Betrieb mit Kraftstoffreformierung umgerüstet und die notwendige Messtechnik am Prüfstand eingebunden.

Parallel zu den Untersuchungen am Motorprüfstand wurde das Verhalten des Kraftstoffreformers an einem Synthesegasprüfstand analysiert, um die Effekte der Reformierung zu maximieren.

Meilensteine

Vermessung des Basismotors
Untersuchung von wirkungsgradsteigernden Maßnahmen
Miller-Steuerzeiten
Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses
Variationen mit Abgasrückführung und Wassereinspritzung
Untersuchungen zur Kraftstoffreformierung am Verbrennungsmotor und Synthesegasprüfstand

"Der Verbrennungsmotor besitzt noch erhebliches Verbesserungspotential."

– Bernhard Geringer –

Ergebnisse

Sämtliche geplante Maßnahmen zur Wirkungsgradsteigerung am Verbrennungsmotor konnten erfolgreich erprobt werden. Allerdings zeigte sich, dass die Kombination der untersuchter Maßnahmen nicht im vollen Ausmaß zu einer additiven Wirkungsgradsteigerung führt. Beispielsweise wird durch die Abgasrückführung die Abgastemperatur gesenkt, wodurch weniger Verlustwärme für die Kraftstoffreformierung zur Verfügung steht. Aus den Versuchsergebnissen konnten wertvolle Erkenntnisse bezüglich der Optimierung von Verbrennungsmotoren generiert werden – der Weg zu 45% Wirkungsgrad wurde aufgezeigt. Darüber hinaus kann das erstellte Simulationsmodell für die Reformierung in weiteren Projekten eingesetzt werden.

Downloads

publizierbarer-Endbericht-Otto45-2020-07-17final.pdf

Prof. Dr. Bernhard Geringer

Projektleitung

Seit 10/2002 Universitätsprofessor und Vorstand des Institutes für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik an der TU Wien
2010-2012 Dekan für die Fakultät für Maschinenwesen und Betriebswissenschaften

bernhard.geringer@ifa.tuwien.ac.at

Dipl.-Ing. Georg Klinglmayr

10.2011-01.2018 Studium Wirtschaftsingenieurwesen-Maschinenbau an der TU Wien
seit 02.2018 Projektassistent am Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik der TU Wien

georg.klinglmayr@ifa.tuwien.ac.at

Dipl.-Ing. Marko Certic

1991-1998 Studium Maschinenbau an der Universität Belgrad
1998-2004 Assistent am Institut für VKM der Universität Belgrad
seit 2004 AVL List GmbH Graz
derzeit Lead Engineer Gasoline Combustion Concepts

marko.certic@avl.com

Steckbrief

Projektnummer

858791
Koordinator

Associate Prof. Dr. Peter Hofmann
Projektleitung

Bernhard Geringer, bernhard.geringer@ifa.tuwien.ac.at
Partner

AVL List GmbH
Schlagwörter

Abgasrückführung, Kraftstoffreformierung, Verdichtungsanhebung, Wassereinspritzung, Wasserstoff, Wirkungsgradsteigerung
Förderprogramm

Energieforschungsprogramm - KLIEN
Dauer

04.2017 - 12.2019
Budget

732.524 €