Kraftstoffreformierung mit Abgasenergie zur Erreichung höchster Wirkungsgrade bei Ottomotoren

Abstract

Die immer größer werdende Konkurrenz der alternativen Antriebe befeuert den Wettbewerb zur weiteren Steigerung der Effizienz moderner Verbrennungsmotoren. Gerade Ottomotoren haben wegen der relativ hohen Abgastemperaturen und der darin gebundenen Energie das Potential den Wirkungsgrad durch thermochemische Rekuperation zu steigern. In dieser Arbeit sollen die grundlegenden Faktoren für den Einsatz eines Kraftstoffreformers im Abgasstrang eines Ottomotors zur Nutzung der Abgasenergie aufgezeigt werden. Dazu werden verschiedene Varianten der Abgasrückführung mit Kraftstoffreformierung betrachtet und deren Potential bewertet. Ziel ist es den möglichen Einsatzbereich eines solchen Kraftstoffreformers und dessen Betriebsverhalten in hohen Lastpunkten zu untersuchen. Es soll die Möglichkeit der Wirkungsgradsteigerung durch die Umwandlung herkömmlichen Ottokraftstoffes (ROZ95) in Synthesegas durch Kraftstoffreformierung aufgezeigt werden. Dabei wird zum einen die Wirksamkeit eines Kraftstoffreformers zur Heizwertsteigerung und zum anderen der Einfluss der Synthesegaskomponenten auf den Versuchsträger untersucht.

The increasing competition by alternative powertrain solutions is enhancing the need to improve the efficiency of conventional combustion engines. Spark ignition engines are a viable candidate for efficiency improvements by thermochemical energy recovery due to their relatively high exhaust gas temperature. In this work the basics for the use of an exhaust gas fuel reformer in an external exhaust gas recirculation loop are presented. Different variants of reformed exhaust gas recirculation setups are explained and assessed for their potential. The focus is to get a better understanding of the performance and behaviour of the fuel reformer in combination with a state-of-the-art combustion engine in high load conditions. The possibility of efficiency increase by conversion of gasoline to reformed gas is demonstrated. On the one hand the efficiency increase can be caused by a heating value increase of the fuel and on the other hand by an enhanced combustion performance due to the availability of reformer gas in the exhaust gas recirculation system.