Jonas Fuhrmeister, Niklas Prchal, Michael Günthner, Frank Schmitt, Gert Schreiber

• Die schnellstmögliche Reduzierung anthropogener Emissionen von Klimagasen erfordert neben der Entwicklung neuer Antriebssysteme, wie batterieelektrischer oder brennstoffzellenbasierter Technologien, die Optimierung und Weiterentwicklung bestehender Konzepte. Eine vielversprechende Möglichkeit liegt in der Anwendung neuartiger Brennverfahren mit nachhaltigen Kraftstoffen in konventionellen Verbrennungsmotoren. Ein Ansatz in diesem Kontext ist die Dual-Fuel-Verbrennung, bei der fossile Kraftstoffe teilweise durch regenerativ erzeugte Alternativen substituiert werden können. Ziel der Dual-Fuel-Verbrennung ist es, die Vorteile der dieselmotorischen und ottomotorischen Verbrennung zu kombinieren, meist indem ein homogenes Grundgemisch mit einem hochreaktiven Zündstrahl entflammt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht in der „Online“-Vormischung eines alternativen (Ottokraftstoff-ähnlichen) Kraftstoffs mit Dieselkraftstoff und anschließender Hochdruck-Direkteinspritzung des Gemischs (vorgemischtes DI-Dual-Fuel-Brennverfahren). Ein geeigneter Kraftstoff für diesen Ansatz ist beispielsweise Bio-Ethanol (nachfolgend als „Ethanol“ bezeichnet), das aus regenerativen Quellen gewonnen wird. Ethanol kann hierbei in variablen Anteilen dem Dieselkraftstoff zugemischt werden. Dabei sollen eine möglichst hohe Ethanol-Substitutionsrate erreicht und der fossile Dieselanteil minimiert werden, um schädliche Emissionen zu reduzieren und die Klimabilanz zu verbessern. Bisherige Untersuchungen mit passiven Ladedruckregelsystemen zeigten, dass die Substitutionsrate (SR) durch die im Vergleich zum reinen Dieselbetrieb geringere Gemischcetanzahl begrenzt ist. Das führt vor allem im Teillastbetrieb zur Verminderung der Verbrennungsstabilität aufgrund ungünstiger Zündrandbedingungen. Innerhalb der hier vorgestellten Untersuchungen wird daher der Einfluss einer aktiven Ladedruckregelung auf die Steigerung der Substitutionsrate in einem vorgemischten DI-Dual-Fuel-Brennverfahren analysiert. Dazu wird der Niedrig- und Teillastbereich systematisch untersucht und mit Messungen aus einem passiven Ladedruckregelsystem (via Wastegate) verglichen. Unterschiedliche Kraftstoffe stellen unterschiedliche Anforderungen an den Ladedruck und folglich an das Aufladesystem. Bei Dual-Fuel-Verbrennung wird deshalb vom Aufladesystem ein hohes Maß an Flexibilität gefordert. Diese kann zum Beispiel über eine Turbine mit variabler Turbinengeometrie (VTG) erzielt werden. Nachfolgend werden die Vorteile eines VTG-Laders gegenüber einem klassischen Wastegate-Lader ohne aktive Steuerung zur Erreichung der notwendigen Zündrandbedingungen herausgearbeitet. Der Fokus liegt auf der Untersuchung der Emissionsänderungen (PM, NOx und HC) sowie auf der Verbrennungsstabilität, insbesondere der zyklusweisen Schwankung der Schwerpunktlage und des Spitzendrucks. Zudem wird die Auswirkung auf den Wirkungsgrad betrachtet. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern wichtige Erkenntnisse für die Weiterentwicklung effizienter und umweltfreundlicher Brennverfahren mit hohem regenerativem Kraftstoffanteil.