HCCI – Homogeneous Charge Compression Ignition

 

Projektbeschreibung

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines homogen kompressionsgezündeten Brennverfahrens (Homogeneous Charge Compression Ignition – HCCI) für ein monovalent betriebenes Erdgas-Klein-BHKW. Durch die nahezu gleichzeitige Selbstzündung des gesamten, extrem mageren Kraftstoff-Luft-Gemischs im HCCI-Verfahren wird eine Annäherung an den thermodynamisch wirkungsgradoptimalen Gleichraumprozess bei paralleler Absenkung der Verbrennungstemperatur erreicht. Ausgehend von der Flammenfrontverbrennung des Serienbrennverfahrens wird die Realisierung der kontrollierten Selbstzündung mittels erhöhter Verdichtung, Ansaugtemperaturerwärmung und Abgasrückhaltung untersucht. Ferner werden eine Wassereinspritzung und eine zuschaltbare Aufladung zur Leistungsmodulation implementiert. Durch die Kombination der genannten Maßnahmen soll eine signifikante Entschärfung des bekannten Wirkungsgrad-NOx-Zielkonflikts bei gleichzeitiger Abdeckung eines großen Last- und Leistungsbereichs ermöglicht werden.

  

Die Auslegung des Brennverfahrens erfolgt auf Basis einer effizienten Kombination komplementärer Simulationswerkzeuge. Im ersten Schritt wird der Einfluss der vorgesehen Einzelmaßnahmen auf die Selbstzündung sowie deren Interaktion mittels 1D-Motorprozesssimulation (AVL Boost) analysiert und geeignete Konfigurationen ausgewählt. Die Verbrennung wird dabei anhand der thermochemischen Eigenschaften des Kraftstoff-Luft-Gemischs, den thermodynamischen Bedingungen im Brennraum und einem definierten Reaktionsmechanismus berechnet. Anschließend werden die zur Realisierung der ermittelten Steuerzeiten notwendigen Nockenkonturen mittels Mehrkörpersimulation (AVL Excite) bestimmt und die erhöhten Verdichtungsverhältnisse mittels modifizierter Kolbengeometrien realisiert.

  

In den darauffolgenden Arbeiten des Projekts wird ein effizienter Versuchsplan mittels Design of Experiments (DoE) erstellt und die resultierenden Versuchsreihen durchgeführt. Im Fokus der Untersuchungen stehen die Analyse des Brennverfahrens hinsichtlich Wirkungsgrad und NOx-Emissionen, die Entwicklung einer Betriebsstrategie für ein monovalent betriebenes HCCI Erdgas-Klein-BHKW und die Prüfung der Serieneignung des Verfahrens.


Ergebnisse

Erste Ergebnisse des Projekts umfassen numerische Untersuchungen hinsichtlich der thermo-dynamischen Zusammenhänge zwischen den Variationsparametern und der Selbstzündungsneigung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und können der Publikationsliste entnommen werden (PUBLIKATIONSLISTE).

 

Kontakt

Jörn Judith M.Sc.

IKKU - Institut für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik
CAR – Center of Applied Research
Tel.: +49 721 – 925 – 1817
E-Mail: joern.judithspam prevention@hs-karlsruhe.de