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R. List:
"Potenzialbewertung von Benzin-Ethanol Kraftstoffmischungen im ottomotorischen Betrieb";
Supervisor, Reviewer: P. Hofmann, A. Friedl; E 315 Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau, 2008; oral examination: 2008-08-06.

Durch das stark wachsende Interesse an dem Kraftstoff Bioethanol für die motorische Anwendung gewinnt die Anpassung und Optimierung des Motors an diesen Kraftstoff zunehmend an Bedeutung. Dies war Motivation für die vorliegende Arbeit. Anhand von Analysen der eingesetzten Kraftstoffe sowie Untersuchungen an einem Kanal- und Direkteinspritzmotor wird das Potenzial von unterschiedlichen Benzin-Ethanol Kraftstoffmischungen ausgelotet. Neben den Auswirkungen auf den motorischen Betrieb hinsichtlich Emissionen und Wirkungsgrad werden ein innovatives Kaltstartsystem und neue Erkennungsmethoden zur Bestimmung des Ethanolgehalts im Kraftstoff vorgestellt.
Der Einsatz von Alternativkraftstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen bietet die Möglichkeit, fossile Kraftstoffe zu ersetzen und gleichzeitig die CO2-Emissionen abzusenken. Bioethanol wird immer öfter konventionellen Benzinkraftstoffen beigemischt und teilweise sogar in reiner Form als Treibstoff eingesetzt. Ein wesentlicher Vorteil des biogenen Flüssigkraftstoffes ist die mögliche Nutzung der bestehenden Tankstelleninfrastruktur weltweit.
Die folgende Arbeit unterteilt sich in sechs Kapitel:
In der Einleitung (Kapitel 1) wird auf die historische Entwicklung sowie auf die politischen und gesetzlichen Rahmenbedingungen für die Verwendung von Ethanolkraftstoffen eingegangen. Zudem wird der Herstellungsprozess von Bioethanol erläutert.
Ein aktueller Überblick über die Auswirkungen von Ethanolbeimischung im Motorbetrieb wird im Stand der Technik (Kapitel 2) gegeben. Der Alternativkraftstoff steigert die Leistung und wirkt sich zumeist positiv auf die Emissionen aus. Am Markt werden heutzutage sogenannte Flex Fuel Fahrzeuge angeboten, um Einsatz und Motorbetrieb von niedrigen sowie hohen Benzin-Ethanol-Mischungen zu ermöglichen. Die notwendigen Modifikationen für die Möglichkeit von Mischbetankungen werden ausführlich beschrieben.
In Kapitel 3 werden auf Basis von Kraftstoffanalysen - ergänzt durch Literaturangaben - wichtige Stoffeigenschaften berechnet und erläutert. Verschiedene Kraftstoffmischungen beeinflussen den Betrieb eines Motors speziell durch unterschiedliche Heizwerte, Oktanzahlen, Verdampfungsenthalpien und Siedeeigenschaften. Eine detaillierte Analyse der entstehenden CO2-Emissionen zeigt das mögliche Einsparungspotenzial von Bioethanol gegenüber Benzin im direkten Motorbetrieb hinsichtlich einer Tank-to-Wheel Betrachtung. Hinzu kommen noch die primären Vorteile von Biokraftstoffen an sich - die positiven Auswirkungen auf die CO2-Bilanz durch die Herstellung von Bioethanol über das Pflanzenwachstum bis hin zur Befüllung des Kraftstofftanks (Well-to-Tank Betrachtung).
Im experimentellen Teil der Arbeit (Kapitel 4) wird der Einfluss von verschiedenen Ethanolmischkraftstoffen an zwei unterschiedlichen Motorkonzepten anhand von Ergebnissen zahlreich durchgeführter Untersuchungen beschrieben. Durch die Anpassung der Motorparameter auf die Kraftstoffmischung wurde mit steigendem Ethanolgehalt im Motorteillastbereich ein deutliches Emissionsreduktionspotenzial und an der Volllast eine wesentliche Wirkungsgradsteigerung, vor allem beim direkteinspritzenden Motor, festgestellt.
Um den Start bei tiefen Umgebungstemperaturen mit hohen Alkoholkonzentrationen, die ein schlechtes Verdampfungsverhalten besitzen, zu gewährleisten ist ein zusätzliches Kaltstartsystem notwendig. An einem klimatisierten Motorenprüfstand wurden Untersuchungen mit einem neuen System durchgeführt, das die Kaltstartfähigkeit verbessert und die minimale Startemperatur beim Einsatz von reinem Ethanol deutlich absenkt.
Beim Betrieb eines Flex Fuel Fahrzeuges ist die Erkennung des Ethanolgehalts zwecks Einstellung der optimalen Motorparameter im Kraftstoff wesentlich. Deshalb wurden innovative Methoden zur Bestimmung dieses Ethanolgehalts untersucht und analysiert.
Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick über das zukünftige Potenzial von Ethanol-Kraftstoffmischungen in den Kapiteln 5 und 6 ab.