Das Projekt "Teilvorhaben: Abgasbehandlung an Magermotoren für Personenkraftwagen und Kleintransporter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ford-Werke GmbH durchgeführt. Das Ford Research and Innovation Center Aachen übernimmt innerhalb des Projektes die Aufgabe der Implementierung des neuen Katalysators für einen möglichen Serieneinsatz. Dafür sind zunächst Untersuchungen am Synthesegasreaktor und dann am Motor nötig. Die motorische Steuerung einer NSK und eines SCR Systems ist eine komplexe Aufgabe, so muss z.B. der Eintrag der Stickoxide in das Abgassystem als Funktion des Motorbetriebszustandes bekannt sein, was durch eine Kombination entsprechender Sensoren und Computermodelle erreicht wird. Als nächster Schritt wird dann der Beladungszustand des Katalysators errechnet, wozu typische Eingangsgrößen die chemische Zusammensetzung des Abgases, der Volumenstrom und die Temperatur als Funktion der Zeit sind. Das Katalysatormodell muss dann die Einspeicherungsrate des Katalyten berücksichtigen sowie die Konvertierung der Stickoxide im Falle eines Fettsprungs beziehungsweise einer aktiven Dosierung von Harnstoff zur NH3 Erzeugung. Mit der Kenntnis des Beladungszustandes kann dann die aktive Regeneration des Katalysators zum richtigen Zeitpunkt ausgelöst werden. Für den Betrieb des Nachbehandlungssystems sind deshalb zwei Schritte nötig: zunächst muss der Katalysator anhand einer kleineren Probe auf einem Laborprüfstand genau charakterisiert werden. Danach muss dann an einem Motor die Motorsteuerung so bedatet werden, dass der Betrieb eines Systems in voller Größe dargestellt werden kann um die Leistungsfähigkeit in relevanten Fahrbetrieben zu demonstrieren und weiter zu optimieren.
Das Projekt "Teilvorhaben: Daimler AG" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mercedes-Benz Group AG durchgeführt. Erdgas ist einer der bedeutendsten Alternativ-Kraftstoffe. Für eine zukunftsfähige Erdgasmobilität ist die Erschließung der Direkteinblasung als neuem Technologiepfad erforderlich. Erst damit können eine weitere Reduzierung der Emissionen von Kohlendioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxiden (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) sowie Partikeln ermöglicht und Emissionsziele kostengünstig erreicht werden. Die bisher praktizierte Erweiterung von Motoren mit Benzindirekteinspritzung um eine Gas-Saugrohreinblasung ist für einen optimalen Gasbetrieb nicht ausreichend. Stattdessen ist die Entwicklung eines geeigneten Brennverfahrens und der notwendigen Komponenten erforderlich. Ein derartiges Brennverfahren erhöht nicht nur die Effizienz des Motors, sondern verbessert auch seine Drehmomentcharakterisitik. Dies kommt der Fahrbarkeit und damit der Akzeptanz beim Endkunden zugute. In Direct4Gas werden hierzu homogene Brennverfahren sowie ein direkt in den Brennraum einblasender Gasversuchsinjektor entwickelt und entsprechende Versuchsmuster in Gasmotorprototypen auf dem Prüfstand und im Fahrzeug erprobt. Für die bei Erdgas erhöhten Abgasnachbehandlungsanforderungen werden neuartige Katalysator-Versuchsmuster eingesetzt. Über das Konsortium ist eine ganzheitliche Bewertung der lndustrialisierbarkeit gegeben. Über einen weiteren Forschungspfad wird zusätzlich das Langfristpotential von Gasmotoren bewertet. Hierzu werden magere Brennverfahren bis hin zur Schichtladung untersucht. Die teilweise deutlich höheren Anforderungen an Gemischbildung, Injektor inkl. Ansteuerung, Zündung und Abgasnachbehandlung werden erarbeitet und Lösungsansätze bewertet. Das Projekt gliedert sich in die Arbeitspakete 'Systemanalyse und -anforderungen', 'Konzeptionierung und Motoraufbau', 'Gemischbildung, Brennverfahren und Abgasnachbehandlung', 'Komponenten und Funktionsmuster', 'Aufbau im Fahrzeug und Funktionstest', 'Simulation und Modellbildung' sowie 'Evaluierung'. Konsortialpartner sind die Robert Bosch GmbH als Konsortialführerin, die Daimler AG und das Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS); die Umicore AG & Co. KG ist assoziierter Partner.
Das Projekt "Teilvorhaben: Voll formulierte DeNOx-Katalysatoren für Selbstzünder" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Umicore AG & Co. KG durchgeführt. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, einen neuen Hybrid-Katalysator zu entwickeln, der effizient die Stickoxide aus dem Abgas entfernt, bevor sie in die Umwelt gelangen. Das Teilvorhaben von Umicore befasst sich mit der Entwicklung einer Beschichtung zum Aufbau von Hybridkatalysatoren (DeNOx-Prinzip) mit verifizierter Funktion und einem zugehörigen industrialisierbaren Beschichtungsverfahren.
Das Projekt "Teilvorhaben: Validierung eines hoch effizienten Abgasnachbehandlungssystems an einem Off-Road Dieselmotor" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DEUTZ AG durchgeführt. Die DeNOx-Effizienz von Magermotoren mit Abgasnachbehandlungssystem soll durch eine hocheffiziente neuartige Katalysatorbeschichtung gesteigert werden.
Das Projekt "2.1.1 Thermoakustisches Stabilitätsverhalten einer mager betriebenen Brennkammer/Einfluss realistischer Brennkammerrandbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG durchgeführt. Intensiver Forschung ist es gelungen, die Gefahr auftretender Pulsationen durch eine entsprechende Auslegung der Brennkammer einzuschränken und gezielt auf auftretende Probleme im Betrieb zu reagieren. Dennoch ist das Bereitstellen weiterer Stabilisierungsmaßnahmen unabdingbar. Und um schnell den Anforderungen des schwankenden Netzes zu folgen, sind zudem Gasturbinen in allen Leistungsklassen erforderlich, die einen astflexiblen Betrieb mit weiteren Brennstoffen problemlos erlauben. Die Problemstellungen erfordern zudem das Weiterentwickeln der Vorhersagemodelle der Schadstoffbildung, der Instabilitäten und deren Messtechnik. Die Arbeiten im Bereich Verbrennung verteilen sich auf die drei Gruppen 'Thermoakustik', 'Brennstoffflexibilität' sowie 'Analyse und Diagnose'.
Das Projekt "Teilvorhaben: Robert Bosch GmbH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. Erdgas ist einer der bedeutendsten Alternativ-Kraftstoffe. Für eine zukunftsfähige Erdgasmobilität ist die Erschließung der Direkteinblasung als neuem Technologiepfad erforderlich. Erst damit können eine weitere Reduzierung der Emissionen von Kohlendioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxiden (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) sowie Partikeln ermöglicht und Emissionsziele kostengünstig erreicht werden. Die bisher praktizierte Erweiterung von Motoren mit Benzindirekteinspritzung um eine Gas-Saugrohreinblasung ist für einen optimalen Gasbetrieb nicht ausreichend. Stattdessen ist die Entwicklung eines geeigneten Brennverfahrens und der notwendigen Komponenten erforderlich. Ein derartiges Brennverfahren erhöht nicht nur die Effizienz des Motors, sondern verbessert auch seine Drehmomentcharakterisitik. Dies kommt der Fahrbarkeit und damit der Akzeptanz beim Endkunden zugute. In Direct4Gas werden hierzu homogene Brennverfahren sowie ein direkt in den Brennraum einblasender Gasversuchsinjektor entwickelt und entsprechende Versuchsmuster in Gasmotorprototypen auf dem Prüfstand und im Fahrzeug erprobt. Für die bei Erdgas erhöhten Abgasnachbehandlungsanforderungen werden neuartige Katalysator-Versuchsmuster eingesetzt. Über das Konsortium ist eine ganzheitliche Bewertung der lndustrialisierbarkeit gegeben. Über einen weiteren Forschungspfad wird zusätzlich das Langfristpotential von Gasmotoren bewertet. Hierzu werden magere Brennverfahren bis hin zur Schichtladung untersucht. Die teilweise deutlich höheren Anforderungen an Gemischbildung, Injektor inkl. Ansteuerung, Zündung und Abgasnachbehandlung werden erarbeitet und Lösungsansätze bewertet. Das Projekt gliedert sich in die Arbeitspakete 'Systemanalyse und -anforderungen', 'Konzeptionierung und Motoraufbau', 'Gemischbildung, Brennverfahren und Abgasnachbehandlung', 'Komponenten und Funktionsmuster', 'Aufbau im Fahrzeug und Funktionstest', 'Simulation und Modellbildung' sowie 'Evaluierung'. Konsortialpartner sind die Robert Bosch GmbH als Konsortialführerin, die Daimler AG und das Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS); die Umicore AG & Co. KG ist assoziierter Partner.
Das Projekt "Teilvorhaben: FKFS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FKFS Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart durchgeführt. Erdgas stellt heute den bedeutendsten Alternativ-Kraftstoff dar. Für eine zukunftsfähige Erdgasmobilität ist die Erschließung des neuen Technologiepfades einer Direkteinblasung erforderlich. Erst damit wird die Reduzierung von CO2, PN, PM und NOx kostengünstig realisierbar. Moderne Verbrennungsmotoren mit Benzindirekteinspritzung sind nicht ausreichend auf den Gasbetrieb ausgelegt. Hierzu werden homogene Brennverfahren mit den hierfür erforderlichen Versuchsmustern bestehend aus Gasmotorprototypen (Prüfstand und Fahrzeug) inkl. Steuerung sowie ein neuartiger direkt in den Brennraum einblasender Gasversuchsinjektor aufgebaut. Auch die bei Erdgas erhöhten Abgasnachbehandlungsanforderungen werden über neuartige Versuchsmuster dargestellt. Über das Konsortium ist eine ganzheitliche Bewertung der Industrialisierbarkeit gegeben. Über einen weiteren Forschungspfad wird zusätzlich das Langfristpotential von Gasmotoren bewertet. Hierzu werden magere Brennverfahren bis hin zur Schichtladung untersucht. Die teilweise deutlich höheren Anforderungen an Gemischbildung, Injektor inkl. Ansteuerung, Zündung und Abgasnachbehandlung werden erarbeitet und Lösungsansätze bewertet. Um den Zielkonflikt zwischen effizienter, emissionsarmer Verbrennung und zuverlässiger, langlebiger und einfacher Komponente zu lösen, findet eine simultane Untersuchung von Gemischbildung, Brennverfahren, Abgasnachbehandlung und Injektor statt. Dies ermöglicht eine Optimierung des Gesamtsystems durch Abwägung zwischen innermotorischem Wirkungsgrad einerseits, Aufwand für Abgasnachbehandlung und Reduzierung der Klopfneigung bei schwankender Gasqualität andererseits. Die Integration der gefundenen Lösungen im Fahrzeug stellen das Potential des Verfahrens dar. Eine enge Verzahnung von Simulation, Modellbildung und Versuch ermöglicht das Verständnis der physikalischen Zusammenhänge. Dies unterstützt die effiziente Auslegung von Komponenten und Betriebsverfahren bis hin zu Funktionen der Motorsteuerung.
Das Projekt "Teilverbundprojekt Gasturbine, Verbrennung; Vorhabensgruppe: Hochtemperaturbrennkammertechnologie - Vorhaben 2.3.3 Thermoakustisches Stabilitätsverhalten einer mager betriebenen Brennkammer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GE Power AG durchgeführt. Als Teil des Verbundprojektes AG TURBO 2020 'Turbomaschinen für das emissionsarme Kraftwerk' Verbrennung in Gasturbinen sollen die Ergebnisse aus dem Projekt in künftige CO2-arme Kraftwerkskonzepte eingehen und einen wesentlichen Beitrag zur Qualifizierung von Turbomaschinenkomponenten für die neuen Anforderungen liefern. Das Ziel dieses Vorhabens ist es die Fähigkeit zu entwickeln, Instabilitäten der Magerverbrennung im gesamten Betriebsbereich schon frühzeitig im Entwicklungsprozess zu erkennen. Dazu müssen sowohl für das Erstellen einer detailgenauen Datenbasis die experimentellen Möglichkeiten zum Erfassen der thermoakustischen Instabilitäten basierend auf den bisherigen Erfahrungen deutlich erweitert werden als auch die vorhandenen numerischen Methoden hinsichtlich der Vorhersagefähigkeit verbessert werden. Die Arbeiten in diesem Vorhaben konzentrieren sich auf die Vorhersage von thermoakustischen Instabilitäten in Gasturbinenbrennkammern bei magerer Verbrennung im Teillastbereich mit Gas- und Flüssigbrennstoffen. Dies erfolgt durch den Einsatz eines thermoakustischen Hochdruckprüfstands und der Übertragung der Testdaten auf einen Vollringprüfling. Im Folgenden werden die einzelnen Arbeitsschritte kurz aufgeführt: AP1 Definition und Zusammenfassung, AP2 Prüfstandsaufbau und -inbetriebnahme, AP3 Hochdruckversuche, AP4 Datenanalyse & Netzwerkmodellierung und AP5 Messung der Entropiewellen.
Das Projekt "2.3.2B Modellierung thermoakustischer Rückkoppelungen für Mage Verbrennungskonzepte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Energie- und Kraftwerkstechnik (EKT) durchgeführt. Bei dem Betrieb von mager-vorgemischten Brennkammern tritt häufig das Phänomen der thermoakustischen Instabilität auf. Hierbei kommt es zu einer hohen mechanischen Belastung des Verbrennungssystems, daher ist eine solche Instabilität zu vermeiden. Das geplante Vorhaben leistet einen Beitrag, thermoakustische Instabilitäten bereits im Auslegungsprozess zu erkennen und zu vermeiden, indem detaillierte, innovative Simulationstechniken entwickelt werden. Diese ermöglichen es, bereits zu Beginn des Entwicklungsprozesses verschiedene Varianten und Konzepte zu untersuchen und hinsichtlich der gewünschten thermoakustischen Eigenschaften zu bewerten. Als Entwicklungsumgebung dient dabei der CFD-Code PRECISE-UNS der Firma Rolls Royce Deutschland. Das Ziel des Vorhabens lässt sich unterteilen in die folgenden Teilziele: 1.Verifikation der 2-Phasen-LES sowie der implementierten Flammenmodelle 2.Implementierung der Rückkopplung der CAA in die LES 3. Verifikation der Rückkopplung anhand von experimentellen Daten 4. Simulation einer Brennkammerkonfiguration für unterschiedliche Lastzustände.
Das Projekt "Teilvorhaben 3.2.1.A: Aerodynamische Interaktion zwischen Brennkammer und Turbine" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Gasturbinen, Luft- und Raumfahrtantriebe durchgeführt. Das hier beschriebene Vorhaben befasst sich mit der Interaktion zweier Kernkomponenten einer Gasturbine, der Brennkammer und der Hochdruckturbine. Im Vordergrund der experimentellen Untersuchungen steht die aerodynamische Wechselwirkung zwischen der Brennkammer und der ersten Leitschaufelreihe der Hochdruckturbine unter gleichzeitiger Berücksichtigung der nabenseitig austretenden Kühlluft stromauf der ersten Leitschaufelreihe (sog. RIDN-Kühlluft). Bei der Auslegung der ersten Turbinen-Leitradschaufel kann aufgrund der Austrittsströmung von modernen Mager-Brennkammern nicht mehr von einer rein axialen Zuströmgeschwindigkeit als aerodynamische Randbedingung ausgehen. Vielmehr kommt es im Naben- und Gehäusebereich bei einer Nichtbeachtung der Drallkomponente zu einer Fehlanströmung der Schaufel, was negative Konsequenzen für die zu erwartenden Schaufelverluste hat, die Druckverteilung im Vorderkantenbereich verändert, mit entsprechende Auswirkungen auf die zu legenden Kühlfilme der thermisch hoch belasteten Leitradschaufel, und über die sich verändernde Sekundärströmung den Vermischungsprozess mit der Kühlluftströmung beeinflussen wird. Diese Nichtbeachtung kann letztlich zu Wirkungsgradeinbußen in der Turbine führen und gleichzeitig erhebliche Konsequenzen für die thermische Belastbarkeit bzw. den Kühlluftbedarf der Leitschaufelreihe haben. In diesem Vorhaben soll nun die Auswirkung drallbehafteter Brennkammeraustrittsströmungen auf die Statoraerodynamik und die Vermischung zwischen der Ringkanalströmung und der im Nabenbereich austretenden RIDN-Kühlluft experimentell, mit Hilfe eines zweistufigen Modellturbinenprüfstandes untersucht werden. Der Modellturbinenprüfstand LSTR lässt aufgrund seiner Größe örtlich hoch aufgelöste Vermessungen des Geschwindigkeitsfeldes zwischen der Leitrad- und Laufradbeschaufelung zu. Gleichzeitig wird in Abhängigkeit der variierbaren Parameter der Turbinenwirkungsgrad bestimmt, so dass eine Aussage über den Grad der Verlustabhängigkeit von den einzelnen Parametern möglich sein wird. Auf Basis der Messergebnisse sollen neue Auslegungsrichtlinien formuliert werden, die für den Fall einer drallbehafteten Brennkammeraustrittsströmung eine verlustärmere Gestaltung des Leitradschaufelprofils und eine verlustärmere Gestaltung der Kühlluftzuführung ermöglichen sollen. Die Messdatenbasis kann außerdem zur Validierung der numerischen Auslegungswerkzeuge genutzt werden. Die Designwerkzeuge erlauben dann nicht nur die Auslegung einer effizienten Leitschaufel-/Sperrluftkonfiguration sondern auch die Auslegung einer insgesamt robusteren Konfiguration, die innerhalb gewisser Grenzen drallunempfindlich ist. Außerdem ist eine Überprüfung existierender Konfigurationen hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit bei modifizierten Brennerdüsen mit verändertem Drall möglich.
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