Analyse von Vorentflammungen in einem wasserstoffbetriebenen Großmotor

Großmotoren haben das Potenzial, einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung von Energiesystemen zu leisten, wenn es gelingt, CO2-neutrale Kraftstoffe zum Einsatz zu bringen. Insbesondere dem reinen Wasserstoffbetrieb von Großmotoren sind durch das Auftreten von Vorentflammungen aktuell jedoch Grenzen in Bezug auf die maximal erzielbare Leistungsdichte gesetzt. In der vorliegenden Studie wurde mittels einer Kombination aus experimentellen Untersuchungen an einem optisch instrumentierten Einzylinder-Forschungsmotor und 3D-CFD Simulation ermittelt, wann und wo genau im Brennraum Vorentflammungen entstehen und welche Entstehungsmechanismen diesen zugrunde liegen könnten.

Bild 1: Links: Instrumentierung des Brennraums mit zwei fiberoptischen Sensoren (S1, S2) und Darstellung der zugehörigen Sichtfelder als farbige Konusse (türkis, grün, gelb). Rechts: Exemplarische Darstellung der ermittelten Ursprungsorte von früh im Zyklus auftretenden (oben) im Vergleich zu spät im Zyklus auftretenden Vorentflammungen (unten).

Bild 2: Zylinder- und Saugrohrdruckverläufe sowie Wärmefreisetzungsraten charakteristischer regulärer und irregulärer Verbrennungszyklen

Key Highlights:

Untersuchungen am Einzylinder-Forschungsmotor unter Einsatz modernster fiberoptischer Messtechnik.
Detaillierte Evaluierung von Vorentflammungsereignissen im Hinblick auf Zeitpunkt und Ort der Entstehung.
Eingrenzung möglicher Ursachen basierend auf den Messergebnissen und 3D-CFD Simulationen.

Warum das wichtig ist:

Das grundlegende Verständnis von Vorentflammungsphänomenen ist der Schlüssel, um entsprechende Maßnahmen zu deren Beseitigung zielgerichtet erarbeiten und dadurch Wasserstoffmotoren zukünftig mit höchster Leistungsdichte zuverlässig und emissionsarm betreiben zu können. Zur Erreichung dieses Ziels hat die vorliegende Publikation eine zentrale Wissenslücke systematisch adressiert.

Zur Publikation:

👉 Klicken Sie hier, um die vollständige Publikation im renommierten International Journal of Engine Research zu lesen: https://doi.org/10.1177/14680874251407722

Gratulation an unser Autor:innen-Team:

Nicole Wermuth, Constantin Kiesling, Martin Pichler, Gernot Kammel, Marcel Lackner, Andreas Wimmer

Dank an unsere Unterstützer und Fördergeber:

Unser besonderer Dank gilt Dr. Harald Philipp von AVL List GmbH für seine wertvolle Unterstützung beim Messsystem im Rahmen der SCE-Untersuchungen sowie bei der anschließenden detaillierten Analyse der Ergebnisse.

Diese Publikation entstand im Rahmen des COMET-K1-Zentrums LEC GETS und wurde im Programm „Kompetenzzentren für exzellente Technologien“ gefördert. Die Finanzierung erfolgt durch das Bundesministerium für Innovation, Mobilität und Infrastruktur (BMIMI), das Bundesministerium für Wirtschaft, Energie und Tourismus (BMWET), die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) sowie die Bundesländer Salzburg, Steiermark und Tirol.

Die Open-Access-Veröffentlichung wurde durch den Publikationsfonds der Technischen Universität Graz unterstützt.

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