Forschungsbericht 2010 - Hochschule Ingolstadt

Kompetenzfeld
Motor- und Antriebsstrang
Forschungsvorhaben zur
Ermittlung von motorischen Kraftstoffkennzahlen
Seit etwa 80 Jahren werden Kraftstoffkennzahlen (Oktan-
und Cetanzahl) in derselben Art und Weise bestimmt,
indem genormte Prüfmotoren und analoge Messtechnik
in Kombination mit definierten und etablierten Prüfroutinen
angewendet werden. Die Anwendung dieses Verfahrens
ist jedoch begrenzt und kann nicht ohne weiteres für neue
Kraftstoffe und Kraftstoffzusammensetzungen eingesetzt
werden.
Der zunehmende Einsatz biogener Kraftstoffe im Bereich
der Straßenfahrzeuge stellt eine unverzichtbare Möglichkeit
dar, die knapper werdenden fossilen Energieträger
zu sparen und den CO 2 -Ausstoß zu reduzieren. Um das
Jahr 2006 wurde nach heutiger Einschätzung das Maximum
der weltweiten Ölfördermenge („Peak Oil“) erreicht,
woraus sich ein divergierendes Szenario zwischen Energiebedarf
und geförderten fossilen Ressourcen ergibt.
Die Differenz aus der Energienachfrage und dem fossilen
Fördervolumen ist damit, durch alternative, vorwiegend
Erneuerbare Energien zu decken.
Abbildung 1
CFR-Prüfmotor zur Klopffestigkeitsbestimmung von Ottokraftstoffen
(links) und BASF-Prüfdieselmotor zur Untersuchung der
Zündwilligkeit von Dieselkraftstoffen (rechts)
Angesichts der Limitierung der Kohlendioxid-Emissionsziele
der Europäischen Union wird neben weiteren Effizienzsteigerungen
bis 2030 ein Anteil von 25 % biogen erzeugter
Treibstoffe für den Fahrzeugeinsatz angestrebt,
der sowohl durch Beimischung von Biokomponenten zu
fossilen Kraftstoffen als auch durch den direkten Einsatz
von Biokraftstoffen in Fahrzeugen erreicht werden soll.
Allerdings besitzen diese Kraftstoffe sehr unterschiedliche
Eigenschaften, die sich auf den Motorbetrieb deutlich aus-
Abbildung 2
Weltweite Ölfördermenge und „Peak Oil“
wirken. Dies sind vor allem die Gemischbildung beeinflussenden
Viskositätsunterschiede (insbesondere bei
Pflanzenölen), eine deutlich höhere Verdampfungsenthalpie
bei Methanol / Bioethanol aufgrund deren polarer Molekülstruktur
gegenüber fossilen Benzinen und deutlich unterschiedliche
Zündverzüge und Reaktionsgeschwindigkeiten
bei der Verbrennung.
Hierbei zeigen die bestehenden Prüfverfahren deutliche
Schwächen bis hin zur Unmöglichkeit eines störungsfreien
Motorbetriebs aufgrund schlechterer Gemischbildungseigenschaften
einerseits sowie nicht mehr zeitgemäßer
Betriebsverfahren und damit nur eingeschränkter
Übertragbarkeit der Prüfresultate auf das motorische
Zündverhalten der Kraftstoffe in heutigen Fahrzeugflotten
andererseits.
Darüber hinaus ist auch die zugehörige, über analoge Schaltkreise
realisierte Analytik veraltet, die ihrerseits Schwä-
chen und Unschärfen in der Anzeigegenauigkeit aufweist.
Abbildung 3
Analogmesskette des CFR-Prüfmotors