Optimierung der Verbrennung spezieller Gasarten

BHKW-Betreiber von Anlagen mit Otto-Gasmotoren klagen oft über zu niedrige Wirkungsgrade aufgrund schlechter Verbrennung bei Betrieb mit Erdgas, Bio-, Klär- Gruben- und Deponiegasen. Bei stark schwankender Gasqualität entstehen kritische Betriebszustände mit klopfender Verbrennung, Zündaussetzern und nachfolgenden Motorschäden. In den meisten Fällen erfolgt im Falle einer CH4-Änderung eine Korrektur der Lambda-Regelung. Diese verändert z. B. das Gemisch in Richtung fett, wenn der CH4-Gehalt im Biogas abnimmt. Da der Zündzeitpunkt aber in diesem Falle gleich bleibt, fällt der Innenwirkungsgrad des Motors ab. Sehr krass tritt dieser Umstand im Teillastbereich auf.

Zur Beseitigung dieses Nachteils wurden Untersuchungen an einem 1-Zylinder-Versuchsmotor FM16 mit offenem Brennraum und Vorkammerzündkerze bei pe=16 bar und n=1000 U/min gemacht, wobei Lambda- und Zündzeitpunktverstellungen bei Veränderungen der Gasqualität untersucht wurden.

In Etappen erfolgten die Arbeitsschritte Simulationen des Motorarbeitsprozesses, Bestimmung der CO2-Anteile und Abgasrückführraten, Aufbau der Versuchsanlage, Versuchsdurchführung und Auswertung der Versuche.

Es wurden die Betriebsfenster für die Laststufen Pe/Pen=0,5/0,75 und 1,0 bei konstanter Motordrehzahl und Änderung von Lambda und Zündzeitpunkt für verschiedene Biogaszusammensetzungen aufgezeichnet.

Als Grundlage für eine optimale Regelung bzw. zur Verwirklichung möglichst hoher Innenwirkungsgrade wurde eine Formel entwickelt, nach welcher Lambda und Zündzeitpunkt in Abhängigkeit vom Methangehalt des Brenngases bestimmt werden. Voraussetzung dafür ist eine ständige Methangehaltbestimmung. Die Effektivität der Anlagen wird dlamit erhöht.