Die Direkte Benzin-Wasser-Einspritzung

Im Rahmen einer kooperativen Promotion werden im Motorlabor der Hochschule Trier Benzin-Wasser-Emulsionen zur Einspritzung in den Verbrennungsmotor untersucht. Die positive Wirkung auf den Kraftstoffverbrauch infolge einer Wassereinspritzung in den Ottomotor ist lange bekannt und auch bereits für den Betrieb mit klimaneutralen Kraftstoffen nachgewiesen. Durch die Verdampfung des Wassers wird der Brennraum gekühlt und die Klopfneigung reduziert. Durch den damit möglichen früheren Zündzeitpunkt wird der Wirkungsgrad des Prozesses gesteigert. Im Motorlabor der Hochschule Trier (Institut für Fahrzeugtechnik) sind dazu bereits zahlreiche Arbeiten am Vollmotor veröffentlicht worden. Dabei findet eine direkte Einspritzung einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion in den Brennraum statt (Direkte Benzin-Wasser-Einspritzung (DBWE)). Bei dem an der Hochschule Trier entwickelten On-Injector Einspritzkonzept wird das Wasser direkt vor dem Hochdruckinjektor im Brennraum in den Kraftstoffstrom injiziert und die resultierende Emulsion anschließend eingespritzt. Während die positiven Effekte auf den Motorbetrieb auch von anderen Forschungsstellen bestätigt wurden, sind die physikalischen Vorgänge innerhalb des Einspritzsystems zur Emulsionsbildung und Entmischung sowie die daraus resultierenden Eigenschaften der Emulsion weitestgehend unerforscht. Das Forschungsvorhaben dient dazu, die in Einspritzsystemen ohne Emulgatorzugabe erzeugten Emulsionen detailliert in Hinsicht auf wiederholgenaue Einspritzung und Verbrennung zu untersuchen. Dafür ist ein Prüfstand mit optischem Zugang zum Hochdruck-Einspritzsystem entwickelt worden, an dem mittels Shadowgraphy-Imaging die Tropfengrößenverteilung der Emulsion quantifiziert werden kann. Darüber hinaus kann die Einspritzung der Emulsion in einer eigens konstruierten Spray-Kammer untersucht und mit der Einspritzung von reinem Kraftstoff oder Wasser verglichen werden. Die experimentellen Ergebnisse dienen auch zur Validierung numerischer Ergebnisse anderer Forschungsstellen. Unabhängig von der hier vorliegenden Anwendung spielen Emulsionen auch in vielen anderen technischen Bereichen (Verfahrenstechnik, Life Science) eine große Rolle. Insofern ist ebenfalls zu prüfen, inwieweit die Ergebnisse auch auf andere Anwendungsbereiche übertragen werden können.