Teilprojekt MM2: Chemische Umsetzung im Verbrennungsmotor bei ungewöhnlichen Betriebszuständen

Ziel des Teilprojektes MM2 ist es, Methoden zur gleichzeitigen Erzeugung von Nutzstoffen sowie Wärme und Kraft im Verbrennungsmotor experimentell zu validieren und zu optimieren. Der dabei untersuchte Betrieb mit brennstoffreichem Gemisch erscheint aus der Perspektive der reinen Krafterzeugung sehr unkonventionell. Die Messdaten dienen der Validierung der in den Teilprojekten GM2 und GM3 erarbeiteten Modelle. Die Experimente in der Forschergruppe –Rohrreaktor, Stoßwellenrohr, Rapid Compression Machine und Verbrennungsmotor – bilden eine durchgehende Kette, und der Motor steht an deren anwendungsorientierem Ende.

Drei Versuchsträger werden eingesetzt: Ein Oktan-Prüfmotor, ein modifizierter Dieselmotor im Einzylinder-Betrieb und ein optisch zugänglicher Einzylindermotor. Die Motoren werden hauptsächlich mit vorgemischter Ladung betrieben um einem homogenen Reaktor möglichst nahe zu kommen und die Kopplung an die Simulationen zu erleichtern. Die Prozessführung wird in einem weiten Bereich der Parameter Verdichtungsverhältnis, Einlassdruck, Einlasstemperatur und Gemischzusammensetzung variiert. Das primäre Ziel der chemischen Umsetzung im Motor ist die Erzeugung von Synthesegas und möglicherweise höheren Kohlenwasserstoffen. Ausgangsstoff ist zunächst Methan. Der Einsatz von Dimethylether, Ethanol und n-Heptan als Zusatzstoffe, die vorgemischt oder gepulst direkt in den Brennraum eingebracht werden, wird ebenfalls untersucht.

Am Motor werden alle für die Energie- und Exergiebilanz wichtigen Stoff- und Wärmeströme erfasst. Die transiente Messung des Zylinderinnendrucks ermöglicht es, die Wärmefreisetzung als Funktion des Kurbelwinkels zu berechnen sowie die Klopfgrenze zu finden. Eine grobe Charakterisierung der Produktgas-Zusammensetzung erfolgt online durch Standardmessgeräte (hauptsächlich basierend auf Infrarot-Absorption). In Zusammenarbeit mit Teilprojekt GV1 werden Produktgasproben detailliert durch Gaschromatographie und Massenspektrometrie analysiert. Schließlich werden die Grenzen der homogenen Betrachtung und die räumlich-zeitliche Verteilung des Reaktionsbeginns durch Laser-basierte Messtechniken in einem optisch zugänglichen Motor untersucht.