@book{AltmannGebhardEmbergeretal., author = {Altmann, Robert and Gebhard, J{\"u}rgen and Emberger, Peter and Thuneke, Klaus and Rabl, Hans-Peter and Remmele, Edgar}, title = {Z{\"u}nd- und Brennverhalten von Pflanzen{\"o}lkraftstoff und {\"U}bertragung auf einen Motor der Abgasstufe V}, volume = {69}, publisher = {Technologie- und F{\"o}rderzentrum im Kompetenzzentrum f{\"u}r Nachwachsende Rohstoffe}, address = {Straubing}, issn = {1614-1008}, pages = {188}, abstract = {Durch den Ersatz von Dieselkraftstoff durch Raps{\"o}lkraftstoff (R100) k{\"o}nnen Treibhausgasemissionen reduziert werden. F{\"u}r einen st{\"o}rungsfreien Betrieb eines Motors mit Raps{\"o}lkraftstoff sind jedoch Modifikationen an Motorkomponenten und Motorsteuerger{\"a}t notwendig, um eine effiziente Verbrennung im Motor zu erreichen. Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung von Grundlagen zur Auslegung der Motorsteuerung pflanzen{\"o}ltauglicher Offroad-Motoren mit moderner Abgasnachbehandlung mit anschließender entsprechender Abstimmung der Motorapplikation am Pr{\"u}fstand. Grundlegende Untersuchungen der physikalischen Prozessabl{\"a}ufe von R100 bei der Einspritzung werden an einem hydraulischen Druckanstiegsanalysator (HDA) und einer Hochdruck-Hochtemperatur-Kammer (HDHT-Kammer) durchgef{\"u}hrt. Unterschiede im Z{\"u}nd- und Brennverhalten werden in einer Konstantvolumenbrennkammer untersucht. Abschließend werden die Erkenntnisse am Motorenpr{\"u}fstand auf einen DEUTZ-Motor {\"u}bertragen, dessen Einspritzsystem auch bei den grundlegenden Untersuchungen verwendet wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass das Einspritzverhalten von R100 eine h{\"o}here Sensitivit{\"a}t gegen{\"u}ber Kraftstofftemperaturvariationen aufweist als Dieselkraftstoff. Bei niedrigen raftstofftemperaturen sind mit R100 ein l{\"a}ngerer {\"O}ffnungsverzug und eine geringere Einspritzmenge festzustellen. Um diesen Einfluss bei der Einspritzstrategie zu kompensieren, ist die Kenntnis der Kraftstofftemperatur im Injektor notwendig. Eine weitere Herausforderung stellt die Gemischaufbereitung dar, hier f{\"u}hren unter anderem die h{\"o}here Viskosit{\"a}t und h{\"o}here Siedetemperaturen von R100 zu einem schm{\"a}leren Spritzwinkel und verz{\"o}gerter Verdampfung im Vergleich zum Dieselkraftstoff. Eine Erh{\"o}hung des Einspritzdrucks und h{\"o}here Temperaturen und Dr{\"u}cke in der Brennkammer verbessern die Gemischaufbereitung. Bei Bedingungen von mittlerer und hoher Last ist der Z{\"u}ndverzug von R100 k{\"u}rzer und das Verbrennungsverhalten {\"a}hnlich zum Dieselkraftstoff. Eine geringere W{\"a}rmefreisetzung von R100 wird durch den geringeren Heizwert verursacht. Unter Bedingungen von niedriger Last und Motorstart ist ein l{\"a}ngerer Z{\"u}ndverzug von R100 im Vergleich zum Dieselkraftstoff festzustellen. Eine Steigerung des Einspritzdrucks und h{\"o}here Brennkammerdr{\"u}cke und -temperaturen f{\"u}hren bei beiden Kraftstoffen zu k{\"u}rzeren Z{\"u}ndverz{\"u}gen, der Einfluss dieser Parameter ist jedoch f{\"u}r R100 st{\"a}rker als f{\"u}r Dieselkraftstoff. Voreinspritzungen f{\"u}hren bei beiden Kraftstoffen zu einer Verk{\"u}rzung des Z{\"u}ndverzugs der Haupteinspritzung und zu einer geringeren W{\"a}rmefreisetzungsrate. Am Motorpr{\"u}fstand ist bei gleicher Motorapplikation mit R100 eine geringere Leistung als mit Dieselkraftstoff festzustellen. Nach Angleichung der Motorleistung durch Anhebung der Einspritzmenge von R100 sind im Rohabgas Stickstoffoxid (NOX)- und Kohlenstoffmonoxidemissionen auf gleichem Niveau zu Dieselkraftstoff zu beobachten sowie geringere Partikelemissionen. Unter Verwendung eines DoE Vorgehens kann der Partikel-NOX - trade-off von R100 optimiert und Einstellparameter gefunden werden, in denen sowohl niedrigere NOX als auch niedrigere Partikelemissionen im Vergleich zum Dieselkraftstoff resultieren. Das installierte Abgasnachbehandlungssystem, bestehend aus einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), Dieselpartikelfilter (DPF) und selektivem katalytischem Reduktionssystem (SCR), arbeitet f{\"u}r beide Kraftstoffe {\"a}hnlich und es scheint keine Anpassung der Dosierungsstrategie der w{\"a}ssrigen Harnstoffl{\"o}sung notwendig zu sein. Eine Regeneration des Partikelfilters mit R100 war nach Optimierung der Einstellparameter der Drosselklappe m{\"o}glich. Motorkaltstart und Leerlauf sind herausfordernde Betriebsphasen, die f{\"u}r R100 einer weiteren Optimierung bed{\"u}rfen. Eine Temperierung von R100 im Injektor auf 50-60 °C sowie eine Kompensation der Einspritzmenge in Abh{\"a}ngigkeit von der Kraftstofftemperatur sind m{\"o}gliche Verbesserungsmaßnahmen. Zudem kann durch einen fr{\"u}heren Einspritzbeginn von R100 das Verbrennungsverhalten angepasst werden. Die Motorpr{\"u}fstandsuntersuchungen best{\"a}tigen qualitativ die Erkenntnisse die mit dem hydraulischen Druckanstiegsanalysator (HDA), der Hochdruck-Hochtemperatur-Kammer (HDHT-Kammer) und der Konstantvolumenbrennkammer gewonnen wurden. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die Ergebnisse auf einen baugleichen, in einer mobilen Arbeitsmaschine eingebauten Motor zu transferieren, damit Informationen zur Dauerhaltbarkeit unter realen Bedingungen erhalten werden k{\"o}nnen. Weiterf{\"u}hrende Forschungsarbeiten sind im Bereich der Betriebsphasen des Motorkaltstarts und Leerlaufs mit Raps{\"o}lkraftstoff n{\"o}tig, um einen dauerhaft st{\"o}rungsfreien Betrieb in diesen Betriebsphasen zu erreichen. Die erzielten Erkenntnisse deuten darauf hin, dass hier noch viel Verbesserungspotenzial vorhanden ist.}, subject = {Biokraftstoff}, language = {de} } @article{EmbergerAltmannGebhardetal., author = {Emberger, Peter and Altmann, Robert and Gebhard, J{\"u}rgen and Thuneke, Klaus and Winkler, Markus and T{\"o}pfer, Georg and Rabl, Hans-Peter and Remmele, Edgar}, title = {Combustion characteristics of pure rapeseed oil fuel after injection in a constant volume combustion chamber with a non-road mobile machinery engine solenoid injector}, series = {Fuel}, journal = {Fuel}, number = {320}, publisher = {Elsevier}, doi = {10.1016/j.fuel.2022.123979}, abstract = {Pure rapeseed oil fuel (R100) according to standard DIN 51605 is a greenhouse gas saving option for the mobility sector. With its high energy density close to diesel fuel, R100 is suitable to operate non-road mobile machinery with a high power demand and long operating time, where electric drives reach their limits. Advantages are indicated for its use in environmentally sensitive areas like agriculture since R100 is highly biodegradable and non-toxic. However, R100 is characterised by differing physical and chemical properties compared to diesel. The objective of the research is to investigate the differences in the ignition and combustion behaviour of R100 compared to diesel fuel (DF). For this purpose, a constant volume combustion chamber is used, which is equipped with a modern solenoid injector for engines of non-road mobile machinery. The researched injector shows a different hydraulic behaviour when using R100 compared to DF in that the injected fuel mass is lower with R100 than with DF. In combination with the 14 \% by mass lower calorific value, less energy output is determined with R100. When varying the injection pressure, the impact on the ignition delay and combustion behaviour is much higher for R100 than for DF. Specifically, an increase of the injection pressure supports mixture preparation and thus partially compensates the differing physical properties of R100. The results of ignition delay measurements and net heat release analysis are as follows: At low load conditions with low injection pressure as well as a low combustion chamber temperature and pressure, R100 ignites later and shows a further delayed combustion compared to diesel. The opposite is observed for medium and high load conditions, where R100 ignites faster and without delayed combustion in comparison to DF. Thus, an adjustment of the heat release of R100 at the same level as for DF is possible by modifying the injection strategy. The research shows that for an optimised combustion of R100 the injection settings must be adjusted for every operation point separately. The results indicate how the injection parameters should be adjusted for different load conditions to realise a high-quality engine calibration for R100.}, language = {en} }