Untersuchung der Zündung von Biogas in einem optisch zugänglichen Motor mit aktiver Vorkammer

Investigation of the ignition of biogas in an optically accessible engine with active pre-chamber

verfasst von

Jan Wichmar

betreut von

Friedrich Dinkelacker

Abstract

Die Nutzung erneuerbarer Energien wie Strom und Wärme aus Biogas spielt eine entscheidende Rolle bei der Umstellung auf ein nachhaltiges Energiesystem. Die Verbesserung der Effizienz und die Reduktion von Emissionen sind weitere Maß-nahmen auf dem Weg zur Erreichung der gesetzten Klimaziele. Bei der Nutzung von Biogas in Blockheizkraftwerken bietet sich ein mageres Brennverfahren an, um ins-besondere die Stickoxide bei gleichzeitig hoher Effizienz zu reduzieren. Die Zündung mittels aktiver Vorkammer bietet diesbezüglich großes Potenzial, jedoch fehlt in Be-zug auf Biogas noch eine ausreichende Datenbasis. Aufgrund vieler Einflussfaktoren ist die Zündung mittels aktiver Vorkammer ein komplexer und anspruchsvoller Prozess. Diese Arbeit fokussiert sich auf die Unter-suchung des Brennverfahrens in Bezug auf grundlegende Auslegungsparameter und deren Auswirkung auf das Potenzial und die Betriebsgrenzen der Vorkammerzün-dung mit Biogas. Um dies zu untersuchen, wurden umfangreiche Experimente an einem optisch zu-gänglichen Motor mit einem Biogas mit 60 Prozent Methananteil als Brenngas und verschiedenen Vorkammervarianten durchgeführt. Die simultane Aufzeichnung von Schlieren und OH*-Eigenleuchten während der Verbrennung ermöglicht wertvolle Erkenntnisse zur Entflammung des Hauptbrennraums durch die Vorkammerfackeln. Die Experimente wurden in die Untersuchung der Vorkammerzündung mit und ohne Entzündung des Hauptbrennraums unterteilt. Vergleichend wurde auch der Einfluss der Biogasqualität unter Verwendung von reinem Methan als Basisfall untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine sehr gute Verbrennungsstabilität über breite Bereiche und einen positiven Einfluss des Differenzdruckes auf die Brenndauer. Es wurden zwei parameterabhängige Betriebsgrenzen für die Vorkammerzündung identifiziert. Bei Erreichen der Magergrenze des Hauptbrennraumes nimmt die Verbrennungseffi-zienz aufgrund der verlangsamten Flammenausbreitung sukzessive ab. Die Verlösch-grenze ist durch das Verlöschen der Fackelstrahlen bei Überschreiten eines kriti-schen Differenzdruckes definiert. Durch die gezielte Auswahl der Vorkammer- und Betriebsparameter kann ein Optimum zwischen beiden Grenzen erreicht werden. Ein zentraler Parameter hierfür ist das Vorkammerluftverhältnis, das im fetten Bereich die Verlöschgrenze zu höheren kritischen Drücken verschiebt und in Kombination mit dem Bohrungsquerschnitt die resultierenden Differenzdrücke bestimmt.

Organisationseinheit(en)

Institut für Technische Verbrennung

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

152

Publikationsdatum

2024

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Ziele für nachhaltige Entwicklung

SDG 7 – Erschwingliche und saubere Energie, SDG 13 – Klimaschutzmaßnahmen

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/18038 (Zugang: Offen)
https://doi.org/10.51202/9783959009935 (Zugang: Geschlossen)