Die inzwischen erfolgreich abgeschlossene Doktorarbeit von Alexander Koder, der an der Fakultät Maschinenbau der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg (OTH Regensburg) bereits sein Studium absolviert hat, behandelt die hydraulischen Vorgänge bei der Einspritzung von reinen Pflanzenölen in Common-Rail-Dieselmotoren sowie deren Zünd- und Verbrennungsverhalten.
Alexander Koder hatte bereits Ende 2011 als einer von mehreren herausragenden Absolvent*innen den ausgelobten Preis der FERCHAU Engineering GmbH erhalten. Der Preis geht an herausragende technisch-wissenschaftliche Leistungen in einer anwendungsbezogenen Masterarbeit und war damals mit insgesamt 1.500 Euro dotiert.
Bewertung motorischer Emissionen im Fokus der Promotion
Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Bewertung der motorischen Emissionen unter Anwendung von Abgasrückführung gelegt. Zusätzlich erfolgte eine mathematische Modellierung der Zündverzugszeit unter Berücksichtigung sowohl des physikalischen als auch des chemischen Anteils. Das dynamische Verhalten des verwendeten Piezo-Common-Rail-Injektors beim Betrieb mit Diesel, Jatrophaöl, Rapsöl und Sojaöl wurde an einem Einspritzratenmessgerät untersucht. Außerdem fanden zur Beurteilung des Strahlaufbruchverhaltens auch Versuche an einer optisch zugänglichen Einspritzkammer statt.
Dabei hat sich gezeigt, dass das Öffnungs- und Schließverhalten des Injektors bei der Einspritzung höherviskoser Pflanzenöle maßgeblich von der Fluidtemperatur abhängt. Für den hydraulischen Öffnungsverzug ergaben sich daher deutliche Unterschiede zum Dieselbetrieb, was für die Ermittlung des Zündverzugs von entscheidender Bedeutung ist. Durch eine Tropfengrößenanalyse am Rand des Sprays konnten zudem die Unterschiede im Sauterdurchmesser quantifiziert werden. Daraus ließen sich weitere Randbedingungen zur Modellierung des Verdampfungsverhaltens als Teil des physikalischen Zündverzugs ableiten.
Beurteilung der Abgasrückführ-Verträglichkeit
Für alle vier Testkraftstoffe fand zudem eine Beurteilung der Abgasrückführ-Verträglichkeit statt. Dafür sind an vier Modalpunkten im Niedrig- und Teillastbereich eines aktuellen 2,2-Liter-Common-Rail-Motors gängige innermotorische Maßnahmen zur Schadstoffreduzierung untersucht worden. Über eine Analyse des Brennverhaltens konnten somit Unterschiede in der Schadstoffbildung auf die chemische Zusammensetzung der Testkraftstoffe zurückgeführt werden.
An einem kritischen Betriebspunkt im Niedriglastbereich wurde zudem ein optimales Voreinspritzmuster für Diesel und Jatrophaöl entwickelt. Es zeigten sich dabei für Jatrophaöl deutliche Vorteile im Partikel-NOX-Trade-Off. Die mathematische Modellierung der Zündverzugszeit basiert auf einem Arrhenius-Ansatz mit einer Erweiterung zur Beschreibung des physikalischen Anteils. Als Haupteinflussgrößen konnten dabei der Zylinderdruck, die Zylindertemperatur, das globale Luftverhältnis sowie die Molekülstruktur der Kraftstoffe beziffert werden.
Der Vorteil des Modells liegt darin, dass es sowohl für reine Pflanzenöle als auch für Diesel Gültigkeit hat. Zudem fand die Datenerhebung an einem aktuellen Versuchsmotor unter Berücksichtigung der Öffnungsverzugszeit des Injektors statt. Dieses Vorgehen verspricht daher eine gute Abbildung der motorischen Vorgänge, insbesondere beim Betrieb mit Abgasrückführung.
