Untersuchungen zur Brennstoffflexibilität bei typischen Bedingungen für künftige Grossdiesel- und Mehrstoff-Motoren

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/500940
• Projekttitel Englisch: FlexiFuel Combustion

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Ziel des Projektes ist die Klärung des Einflusses nicht-konventioneller Brennstoffe sowie nicht optimaler Brennstoffeigenschaften auf Strahlausbreitung und Verbrennung, unter Bedingungen wie sie für grosse Diesel- und Mehrstoffmotoren künftig zu erwarten sind. Der etablierte, einzigartige Versuchsträger bietet dabei die ideale Basis für derartige Untersuchungen, welche bereits laufende Aktivitäten innerhalb des fp7-Projekts HERCULES-C ergänzen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The project targets the investigation of the effect of non-conventional fuels as well as off-specification fuel properties on spray and combustion processes at conditions typical of future large diesel and dual-fuel engines. The well-established and unique Spray Combustion Chamber test facility shall serve as the basis for those studies, which are complementary to activities already in progress in the context of the fp7-funded HERCULES-C project.

Schlussbericht (Deutsch)

Während des Flexifuel Projekts wurden verschiedene Aspekte des Strahlaufbruchs, der Atomisierung, Zündung und Verbrennung experimentell untersucht, mit Fokus auf Brennstoffeigenschaften und deren Einfluss auf die oben erwähnten Merkmale. In der Spray Combustion Chamber – ein Resultat früherer Projekte mit Unerstützung vom BFE und der Europäischen Union – wurde die Einspritzung verschiedener Brennstoffe untersucht. Dafür wurden eigens Untersuchungsmethoden entwickelt und erfolgreich angewendet. Die Resultate zeigen grosse Unterschiede zwischen leichten Brennstoffen und Schwerölen. Im Vergleich etwa zu Heizöl extraleicht, haben Schweröle einen signifikant langsameren Aufbruchprozess. Zudem verdampfen gut 20% der Komponenten noch nicht unter den thermodynamischen Bedingungen wie sie im Zylinder während dem Start der Einspritzung herrschen. Die Hitze einer Flamme ist nötig um diese Komponenten restlos zu verdampfen und sie der Verbrennung zuzuführen.
Weiter wurden verschiedene Alternativbrennstoffe untersucht um die Herausforderungen zu verstehen die beim Einsatz solcher Brennstoffe aufkommen könnten, z.B. Einflüsse auf den Zündverzug oder die Flammausbreitung.
Die spezielle Anordnung der Einspritzdüsen bei Zweitakt-Grossdieselmotoren führt zu asymmetrischen Strömungsbedingungen in den Spritzlöchern, was Fragen über den Sprayaufbruch aufwarf. Untersuchungen während FlexiFuel zeigten, dass der Strahlaufbruch und die Eindringtiefe des Strahls stark von der Düseninnenströmung beeinflusst werden.

Die Ergebnisse aus dem FlexiFuel Projekt tragen viel zum Verständnis der alternativen Brennstoffe bei und haben weitere interne und externe Nachfolgeprojekte lanciert. Eines davon wieder mit der grosszügigen Unterstützung vom BFE: INFLOSCOM.

Schlussbericht (Englisch)

During the FelxiFuel project, different aspects of spray breakup, atomisation, ignition and combustion have been experimentally investigated with focus on fuel properties and their influence on the above mentioned characteristics. In the Spray Combustion Chamber – itself a result of earlier projects, cofunded by the Swiss Federal Office of Energy and the European Union – the injection of different fuels and different injection parameters have been investigated. To do so, new experimental methods have been developed and successfully applied. The results show large differences between light fuel oils and heavy- or residual fuel oils. The atomisation process of residual fuels is significantly slower, compared to a diesel fuel. Additonally, about 20% of the components in residual fuels do not evaporate under the thermodynamic conditions present at start of injection. The heat of the flame is necessary to evaporate
these parts of the fuel in order to ignite them.
Further, possible candidates for alternative fuels were investigated to understand the challenges the application of such fuels might implicate e.g. ignition delay or flame propagation.
The distinct arrangement of the injectors in large marine two-stroke diesel engines lead to asymmetric flow conditions at the orifices of the injector, which raised questions regarding the spray breakup. Investigations showed that spray breakup and spray penetration for injectors of this size are heavily influenced by the in-nozzle flow.

The outcome of the project helps to prepare WinGDs engines for alternative fuels and triggered a series
of internal and external follow up projects. One of them with the support of the SFOE: INFLOSCOM.

Zugehörige Dokumente

• FlexiFuel Combustion Investigations into Fuel Flexibility at Conditions Typical of Future Large Diesel and Dual-Fuel Engines [PDF] 1'744 kB