Darstellung der Einsetzbarkeit von "grünem" aus Industrieabgasen hergestellten Methanol im Automobilsektor als CO2 neutraler, emissionsfreier und global einsetzbarer Kraftstoff - Carbon2Chem-2 L-8

Abstract

Das generierte 1D-Motorprozesssimulationsmodell des ZVG wurde im Rahmen des Projektes validiert und kann somit für Potentialuntersuchungen genutzt werden. Die durchgeführte Untersuchung zur Abgasturboaufladung zeigt großes Potential den Wir-kungsgrad und die Geräuschemission des ZVG für den angedachten Betriebsbereich zu verbessern. Zusätzlich wurde ein 3D-Strömungssimulationsmodell des ZVG zum tiefgreifenden Verständnis des aktuellen Luftpfades aufgebaut, wodurch die Qualität der Kraftstoffregelung nach Ableitung konstruktiver Maßnahmen deutlich gesteigert werden konnte. Im Rahmen erster Volllastuntersuchungen traten frühzeitig Verbren-nungsanomalien in Form von Glühzündungen auf. Die Zündkerze speziell die ver-schleißmindernde Platinelektrode konnte als Auslöser der Glühzündungen identifiziert werden. Platin katalysiert die Zersetzung von Methanol. Dadurch werden Wasserstoff-radikale frei, welche zur unkontrollierten und vorzeitigen Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemischs führen. Mit Ersatz der originalen Zündkerze konnte dieses Verbren-nungsphänomen verhindert werden, wodurch eine thermodynamisch optimale Ver-brennungsschwerpunktlage im gesamten Betriebskennfeld und damit Wirkungsgrads-teigerung möglich wurde. Am optisch zugänglichen Injektorprüfstand wurde ein sehr konzentriertes Spraybild der eingesetzten Injektoren sichtbar, welches eine sehr ge-ringe Zerstäubung und somit vergleichsweise schlechte Gemischaufbereitung erwar-ten lässt. Ein neuer Injektor mit stärkerer Zerstäubung führte in Kombination mit einer saugsynchronen Einspritzstrategie zu einer weiteren Wirkungsgradsteigerung und Emissionsminderung. Der genutzte Prüfstand wurde im Rahmen des Projektes durch eine Kaltstartkonditionierung (Kühlmittel, Motoröl, Motorblock, Kraftstoff, Ansaugluft) des Versuchsträgers bis -20°C erweitert. Im Rahmen der Kaltstartuntersuchungen konnte eine einfache Kaltstartprozedur implementiert werden, welche für serielle Hyb-ridantriebsstränge anwendbar ist und ohne zusätzliche Bauteile auskommt. Die Kalt-startgrenze für Methanol konnte damit von 10°C auf -20°C herabgesenkt werden. Die entwickelte Prozedur wurde erfolgreich patentrechtlich geschützt und im Motorsteuer-gerät integriert. Die Qualität der Kraftstoffregelung der Motorsteuerung konnte deutlich gesteigert werden, was zu einem stabileren Kaltstart, weniger Emissionen und einem höheren Wirkungsgrad im warmen Motorbetrieb führte. Weiterhin wurde ein Kraftstoff-vergleich zu herkömmlichem Ottokraftstoff (Super-Benzin) angestellt, welcher das hohe Wirkungsgradpotential von Methanol eindeutig belegt. Abschließend wurde der Einsatz von Methanol und nicht destilliertem Methanol als Energieträger untersucht. Im Rahmen des C2C-Verbundes wurde nicht destilliertes Methanol aus Industrieabga-sen mit einem Wassergehalt von ~18% zur Verfügung gestellt. Der erreichbare Wir-kungsgrad in der Kolbenmaschine ist vergleichbar zu dem mit reinem Methanol. Damit kann die notwendige Energie zur Methanoldestillation gespart oder anderweitig ge-nutzt werden, was das Potential bietet die Gesamtwirkungsgradkette (Well to Wheel) des Energieträgers zu heben.