Wie Zusatzstoffe eine Menge bewirken

EU-finanzierte Forscher haben Fortschritte in Richtung eines umweltfreundlichen Verbrennungsmotors unternommen, indem sie die Wirkung von Dieselkraftstoffadditiven auf den inneren Düsendurchfluss und die entstehende Zerstäubung aufklären.

Verkehr und Mobilität

Grundlagenforschung

Die jüngste Umweltgesetzgebung hat die Notwendigkeit von Zusatzstoffen zur Bekämpfung von Ablagerungen verstärkt, damit der Dieselmotor sauber gehalten wird und die geringen Emissionen des Fahrzeugs erhalten bleiben. Überdies hat die Einführung von Dieselkraftstoff mit stark gesenktem Schwefelgehalt dazu geführt, dass Schmiermittelzusätze, Leitfähigkeitsverbesserer und weitere Zusätze erforderlich sind. Die Zunahme an Dieselkraftstoffzusätzen widerspiegelt die wachsende Nachfrage nach Dieselkraftstoff und die sich verändernde Technologie der Dieselmotoren. Das von der EU finanzierte Projekt FAEFID (Characterisation of fuel additives effect on fuel injector design) verfolgte das Ziel, die Effekte von Additiven auf die Dieselmotorleistung systematisch zu bewerten. Aufgrund der ihnen eigenen Beschaffenheit und ihrer komplexen chemischen Zusammensetzungen weiß man noch nicht genug über die Zusatzstoffe und die Mechanismen, durch welche sie den Düsendurchfluss und die Strahlzerstäubung beeinflussen. Erkenntnisse darüber, auf welche Weise Additive die Motorleistung erhöhen, sind der Schlüssel für zukünftige Entwicklungen von Einspritzdüsen-Designs und Additiven. Zu diesem Zweck entwickelten die Forscher den Prototyp einer Düse und ein innovatives Messverfahren, bei dem Dichtemessungen unter Einsatz von Röntgenstrahlen vorgenommen werden. Mit dem Versuchsaufbau erreichte man eine Hochgeschwindigkeitsvisualisierung des internen Kraftstoffdurchflusses mit einer Auflösung von etwa 15 μm. Die Forscher konnten kurzzeitige Merkmale des Durchflusses identifizieren, die bis ins Detail untersucht wurden. Im Einzelnen beinhalteten sie Informationen über Wirbelablösungsmechanismen durch Abtrennung und Kollabieren von Blasen. Dichtemessungen mit Mikro-Computertomografie ergaben quantitative Daten über Dampfgehalt oder Kraftstoff-Flüssigkeitsvolumenanteil. Das FAEFID-Team identifizierte Unterschiede zwischen verschiedenen Zusatzstoffen und - was noch wichtiger war - sammelte ausreichend Validierungsdaten für CFD-Modelle (numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics). Es wurden CFD-Modelle entwickelt, um die Wirkung bestimmter Zusatzstoffe auf den Kraftstoffdurchfluss genau zu beschreiben. Das Kraftstoffeinspritzsystem ist das Herzstück des Dieselmotors, und Dieselkraftstoff von schlechter Qualität ist sein größter Feind gewesen. Die in fünf Veröffentlichungen in einflussreichen, von Experten begutachteten Zeitschriften beschriebenen Erkenntnisse des Projekts werden dazu beitragen, das Kraftstoffeinspritzsystem mit Hilfe der Entwicklung einer neuen Linie von Dieselkraftstoffzusätzen zu schützen.

Schlüsselbegriffe

Zusatzstoff, Additive, Verbrennung, Dieselkraftstoff, FAEFID, numerische Strömungsmechanik, Computational Fluid Dynamics, CFD

Characterisation of Fuel Additives Effect on Fuel Injector Design

Wie Zusatzstoffe eine Menge bewirken

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