Zündwilligkeitsbestimmung (Cetanzahl) von Kraftstoffen mit dem CFR- und dem BASF-Prüfverfahren und Analyse der Ergebnisse

Abstract

One of the essential quality criteria for the evaluation of diesel fuels is the ignitability, which is defined by the cetane number. In this regard, worldwide the Cfr engine acts as a benchmark to which other engines are compared. At European level, the more compact Basf engine, has established itself as a good alternative to the Cfr engine. The DIN standards details the relevant procedures and regulations for determing the ignitability of both engines. Previous testing between the Cfr and Basf engine has shown that in some cases there are significant differences in biogenic fuels such as FAME (Fatty Acid Methyl Ester), however the Basf generally has a higher Cetane number. The use of ignition accelerators also leads to differences between the two engines. A detailed analysis of the design features of the two test engines and comparative measurements on both engines with different FAME fuels and fuels mixed with ignition accelerators should show the differences. Based on the measurement of the fuel mixtures of B0 and FAME as well as ignition accelerators, no significant differences could be determined. Measurements of pure FAME fuels, on the other hand, showed a deviation of the cetane number between the two test methods up to 4.6 cetane numbers, depending on the fuel. With the aid of the measured parameters, in particular the combustion analysis, it was possible to establish that the parameters in the combustion chamber show significant differences. In addition to the pressure, which is lower due to the measuring principle caused by the throttling at the Basf, there are differences up to 150 °C in the combustion chamber temperature, whereby the Basf engine has the higher temperatures. These differences can be explained by the higher compression ratio on the Basf engine. On the basis of the gained knowledge, measures should be proposed in the further course through various parameter variations in order to adapt the determined cetane numbers of the FAME fuels at the Basf engine to the results of the Cfr. The results of fossil fuels, which correlate well between the two engines, must not be affected. In order to achieve similar conditions in the combustion chambers, the temperature should be reduced either by a lower compression ratio or by intake air conditioning. Additional dethrottling the Basf engine will reduce the differences in pressure between the engines.

Eines der wesentlichen Qualitätskriterien für die Bewertung von Dieselkraftstoffen stellt die Zündwilligkeit der Kraftstoffe, welche über die Cetanzahl definiert wird, dar. Weltweiter Standard für deren Ermittlung ist der Cfr-Motor. Auf europäischer Ebene wird häufig auch der kompakter gebaute Basf-Motor eingesetzt, welcher sich als gute Alternative zum Cfr-Motor etablierte. Beide Motoren unterliegen für die Bestimmung der Zündwilligkeit jeweiligen DIN-Normen, in denen die Vorgangsweisen und Vorschriften festgehalten sind. Anhand vorangegangener Messungen konnte allerdings festgestellt werden, dass die Messergebnisse zwischen Cfr- und Basf-Motor zum Teil deutliche Abweichungen bei biogenen Kraftstoffen, wie FAME (Fatty Acid Methyl Ester) zeigten, wobei der Basf die Cetanzahl zumeist höher bewertet. Auch der Einsatz von Zündbeschleunigern führt zu Differenzen zwischen den beiden Motoren. Eine genaue Analyse der Konstruktionsmerkmale der beiden Prüfmotoren und Vergleichsmessungen an beiden Motoren mit unterschiedlichen FAME-Kraftstoffen, sowie Kraftstoffe, die mit Zündbeschleunigern versetzt wurden, sollen die Unterschiede aufdecken. Anhand der Vermessung der Kraftstoffmischungen aus B0 und FAME sowie Zündbeschleunigern konnten keine signifikanten Unterschiede ermittelt werden. Messungen der reinen FAME-Kraftstoffe zeigten hingegen eine Abweichung der Cetanzahl zwischen den beiden Prüfverfahren von bis zu 4,6 Cetanzahlen, je nach Kraftstoff. Mithilfe der gemessenen Parameter, insbesondere der Verbrennungsanalyse, konnte festgestellt werden, dass die Parameter im Brennraum deutliche Unterschiede aufweisen. Neben dem Druck, der bedingt durch das Messprinzip, aufgrund der Androsselung am Basf geringer ausfällt, zeigen sich in der Brennraumtemperatur Differenzen von bis zu 150 °C, wobei der Basf-Motor die höheren Temperaturen aufweist. Diese Differenzen können mithilfe des höheren Verdichtungsverhältnisses am Basf-Motor erklärt werden. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse sollten im weiteren Verlauf durch diverse Parametervariationen Maßnahmen vorgeschlagen werden, um die ermittelten Cetanzahlen der FAME-Kraftstoffe am Basf-Motor an die Ergebnisse des Cfr anzugleichen. Die Ergebnisse fossiler Kraftstoffe, die zwischen den beiden Motoren gut korrelieren, dürfen dadurch nicht beeinträchtigt werden. Um ähnliche Bedingungen in den Brennräumen zu erlangen, sollte die Temperatur im Brennraum entweder durch ein geringeres Verdichtungsverhältnis oder eine Ansaugluftkonditionierung reduziert werden. Eine zusätzliche Entdrosselung des Basf-Motors führt zu einer Reduzierung der Druckdifferenzen zwischen den beiden Motoren.