Liquid EGR - Untersuchungen zur Kondensatrückführung bei BHKW-Gasmotoren

 

Im vorgestellten Vorhaben soll ein alternatives Brennverfahren für magerbetriebene BHKW-Gasmotoren mit Wassereinspritzung untersucht und das Potenzial zur Stickoxid-Reduktion bei gleichzeitiger Steigerung des Wirkungsgrades und Reduktion der Klopfneigung systematisch bewertet werden. Durch die im Vergleich zur Luft höhere spezifische Wärmekapazität des Wasserdampfes wird die Temperatur bei der Verbrennung im Motorzylinder verringert. Dadurch lassen sich die Stickoxid-Bildung reduzieren und die Klopfneigung senken. Aufgrund der geringeren Klopfneigung wird die Anhebung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses möglich, was zur Steigerung des Wirkungsgrades führt.

Das Wasser wird hierbei über ein Brennwert-Modul als Kondensat aus dem Abgas gewonnen. Das Kondensat wird dem Motor wieder zugeführt, wodurch ein geschlossener Kreislauf fürs Wasser geschaffen werden kann.

 

Das Wasser wird sowohl direkt in den Brennraum als auch ins Saugrohr eingespritzt.

Im Rahmen dieses Projekts ist der Einsatz der numerischen Strömungs- und Verbrennungssimulation (1D und 3D) sowohl zur Auslegung des Systems als auch zur Analyse der thermodynamischen Zusammenhänge vorgesehen.

1D-Simulationsmodelle (AVL BOOST) werden zur Durchführung umfangreicher Untersuchungen mit großer Parametervariation aufgebaut. Dadurch können das Potenzial, die Herausforderungen und die Grenze der Wassereinspritzung grob abgeschätzt werden.

Zudem wird ein 3D-CFD-Modell zur Simulation des Spraybilds mithilfe der kommerziellen Software AVL FIRE aufgebaut und mittels Versuche an einem Spraybild-Prüfstand abgestimmt.

Durch ein abgestimmtes Spray-Modell kann sowohl die CFD-Simulation der Verdampfung des eingespritzten Wassers im Saugrohr als auch der Verbrennung im Motorzylinder möglichst realitätsnah erfolgen.

Um den Einfluss des Wasserdampfanteils auf die Verbrennung zu untersuchen, werden Versuche an der Verbrennungsbombe durchgeführt. Dadurch kann das Potenzial der Wassereinspritzung sowohl hinsichtlich Verbrennungsdauer als auch Verbrennungstemperatur untersucht und die Ergebnisse zur Abstimmung der Verbrennungssimulation verwendet werden.

Anschließend werden an einem Einzylinder-Motorprüfstand Untersuchungen mit variablem Luftverhältnis, Zündzeitpunkt, Wassereinspritzmenge und –druck sowie Ansaugtemperatur durchgeführt.

   

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Maurice Kettner

Institut für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik
Tel.: +49 (0)721/925 - 1845
E-Mail: maurice.kettnerspam prevention@hs-karlsruhe.de

 

Youssef Beltaifa, M.Sc.

Institut für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik
Tel.: +49 (0)721/925 - 1816
E-Mail: youssef.beltaifaspam prevention@hs-karlsruhe.de