Forschung
Monovalenter LPG-Betrieb als Brückentechnologie+
LPG – alternativer Kraftstoff
Mit LPG1 steht schon heute ein von der Europäischen Union als alternativer Kraftstoff anerkannter Energieträger zur Verfügung. Es ist nicht zu verwechseln mit komprimiertem Erdgas (CNG2), verflüssigtem Erdgas (LNG3) oder komprimiertem Biogas (CBG4), welche hauptsächlich aus Methan bestehen. LPG besteht aus einem Gemisch von Propan und Butan. Es ist bei Raumtemperatur und geringen Drücken (300-1000 kPa, je nach Mischungsverhältnis) in Flüssigphase.
Die Produktion von LPG ist laut [1] stetig wachsend. Potentialprognosen von Repsol für LPG als Automobilkraftstoff zeigen, dass auch eine sofortige deutliche Zunahme des LPG-Bedarfs als automobiler Kraftstoff problemlos befriedigt werden kann.
Die Versorgungsinfrastruktur für Endverbraucher ist europaweit bis auf wenige Ausnahmen ausreichend vorhanden. Eine Erweiterung bestehender Tankstellen ist mit geringem Aufwand umsetzbar.
1 engl.: liquid petroleum gas
2 engl.: compressed natural gas
3 engl.: liquefied natural gas
4 engl.: compressed bio gas
Erfüllung geplanter Emissionsgesetzgebungen
Mit LPG als Kraftstoff können zukünftige CO2-Ziele mit konventionellen Ottomotoren eingehalten werden. Neben den erheblichen CO2-Reduktionspotenzialen (rein energetisch 11% bezogen auf NEFZ-Zyklus [1], Wirkungsgradsteigerung durch höhere Klopffestigkeit 4%) können geplante Emissionsgesetzgebungen mit konventionellen Otto-Abgasnachbehandlungssystemen in einfacher Weise erfüllt werden. Ruß- oder Partikelemissionen stellen keine Probleme dar.
Am Markt etablierte Komponenten und vorhandene Technologie als Brückentechnologie
Die Eigenschaften von LPG ähneln herkömmlichen Otto-Kraftstoffen. Dies ermöglicht den Einsatz von am Markt etablierten und bereits eingesetzten Technologien. LPG-Fahrzeuge können als Brückentechnologie bis zu einer eventuellen, flächendeckenden Einführung der Elektromobilität eingesetzt werden. Außerdem können sie als kostengünstige Alternative zu noch teuren Elektrofahrzeugen dienen.
Eigene Studien
MOT führt eigene Studien an einem Forschungseinzylindermotor und Vollmotoren mit Direkteinspritzung durch. Hierbei wird das originale Einspritzsystem mit geringen Änderungen am Kraftstoffversorgungssystem benutzt. MOT sieht in der monovalenten, flüssigen Direkteinspritzung von LPG die Basis für diese Brückentechnologie.
Eigene Versuche zeigen, dass CO2-Einsparungen von bis zu 20% erreicht werden. Eine Volllastanreicherung mit ihren nachteiligen Einflüssen auf Verbrauch und Emissionen lässt sich vermeiden. Aufgrund der sehr guten Gemischaufbereitung ist eine drastische Reduktion des Einspritzdrucks ohne Nachteile möglich.
MOT arbeitet mit Radionuklidtechnik an Herausforderungen im Ventilsitzringverschleiß. Dieser Verschleiß kann durch das Fehlen schmierender Partikel aus der Verbrennung begründet sein. Dies spiegelt sich auch an deutlich verringerten Ablagerungen im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffen wieder. Herausforderungen mit überkritischen Zuständen bei hohen Temperaturen, insbesondere bei Warmstarts, werden untersucht.
Abbildung 1
Partikelemissionen eines Ottomotors in Abhängigkeit des Einspritzdrucks bei monovalentem Betrieb mit LPG.
Abbildung 2
Partikelemissionen eines Ottomotors in Abhängigkeit des Einspritztimings im Vergleich zwischen Betrieb mit Kraftstoff E10 und LPG.
Referenzen:
[1] Ariztegui, J., Gutierrez, J., Fürhapter, A., Friedl, H. (2015): „LPG-Flüssiggas-Direkteinspritzung für Turbo-Ottomotoren“. MTZ 10/2015