Erfolgreiche Promotion von Denis Neher und Fino Scholl

Dr. Denis Neher und Dr. Fino Scholl

Am 4.12.2017 haben die Herren Dipl.-Ing. (FH) Denis Neher, M.Sc. und Dipl.-Ing. (FH) Fino Scholl, M.Sc. mit hervorragendem Ergebnis ihre Promotionen an der Universidad de Valladolid in Spanien verteidigt. Herr Neher hat mit dem Titel „Miller Cycle and Exhaust Gas Recirculation for a Naturally Aspirated Lean-burn Gas Engine“, Herr Scholl mit dem Titel „Study of Premixed Combustion Induced by Controlled Hot Surface Ignition in Stationary Gas Engines” promoviert.

Herr Neher und Herr Scholl haben beide an der Hochschule Karlsruhe Maschinenbau (Diplom (FH): 2005 – 2009) und (Master: 2009 - 2011) studiert. Bereits als Masterstudierende haben die beiden in Teilzeit den Aufbau des Forschungsbereichs Motorentechnik am Institut für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik (IKKU) unterstützt. Im Anschluss bearbeiteten die beiden an der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft auch ihre Promotionsthemen, welche als kooperative Verfahren mit der Universidad de Valladolid (UVa) gestaltet waren. Die beiden Arbeiten wurden an der UVa von Dr. Blanca Giménez Olavarria und an der HsKA von Prof. Dr.-Ing. Maurice Kettner betreut.

In der Arbeit von Herrn Neher wurde ein alternatives Brennverfahren für erdgasbetriebene Klein-Blockheizkraftwerke untersucht, das den weit verbreiteten homogenen Magerbetrieb um Miller-Steuerzeiten und gekühlte Abgasrückführung (AGR) erweitert. Die Kombination dieser etablierten Einzelmaßnahmen soll zur Entschärfung des Zielkonflikts zwischen Wirkungsgrad, NOx-Emissionen und Mitteldruck bei gemischansaugenden Gasmotoren beitragen, um zukünftige schärfere Emissionsgrenzwerte einzuhalten. Der Miller-Arbeitsprozess zeichnet sich durch ein Expansions-Kompressions-Verhältnis größer 1 aus. Für die Bestimmung des effektiven Verdichtungsverhältnisses wurde eine neuartige Methode unter Berücksichtigung gasdynamischer Effekte des Ladungswechsels entwickelt. Damit konnten die Nockenprofile für präzise Expansions-Kompressions-Verhältnisse mit Unterstützung der 1D-CFD-Simulation ausgelegt werden. Anhand experimenteller Untersuchungen im Motorbetrieb mit unterschiedlichen Miller-Konfigurationen und variierender AGR-Raten wurde das Potenzial zur Verbesserung des Zielkonflikts zwischen Wirkungsgrad und NOx-Emissionen im Vergleich zum Serienbrennverfahren beleuchtet.

Herr Scholl hat in seiner Arbeit ein neuartiges Entflammungsverfahren für magerbetriebene Gasmotoren entwickelt und untersucht. Als Alternative zur Funkenzündung, wurde ein auf der Zündung an heißen Oberflächen basierendes Zündsystem entwickelt (HSI – Hot Surface Ignition), mit dem stark verdünnte Gemische schnell und sicher entflammt werden können. Es besteht im Wesentlichen aus einer abgeschirmten keramischen Glühkerze, deren Temperatur durch Variation der Bestromung hochdynamisch geregelt werden kann und dadurch das Anpassen der Verbrennungsschwerpunktlage im Motorbetrieb ermöglicht. Analysen des Entflammungsvorgangs und der anschließenden Flammenausbreitung erfolgten mittels Kombination aus dreidimensionaler Strömungs- und Verbrennungssimulation und Mehrlichtwellenleitertechnik zur Aufzeichnung von Verbrennungsstrahlung im motorischen Betrieb. Unter Verwendung von Methoden der statistischen Versuchsplanung (DoE - Design of Experiments) erfolgt die Bestimmung der Betriebsgrenzen des Zündsystems sowie die Untersuchung des Einflusses verschiedener Betriebsparameter auf den Verbrennungsprozess und das thermoelektrische Verhalten des Glühstifts. Durch den direkten Vergleich zum Referenz-Zündsystem, der Vorkammerfunkenzündung, können die Vor- und Nachteile des aktuellen Konstruktionsstands bestimmt und künftige Entwicklungs-und Optimierungsschritte abgeleitet werden. In einem dreimonatigen Forschungsaufenthalt an der Universidad de Valladolid wurden ergänzende Untersuchungen im erweiterten Motorbetriebskennfeld untersucht.