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J. Dedl:
"Entwicklung und Validierung potenzieller Prüfmethoden zur Selbstzündungscharakterisierung von Ottokraftstoffen";
Supervisor, Reviewer: B. Geringer, S. Pischinger; TU Wien | Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik, 2019; oral examination: 2019-08-19.

The high risk of abnormal combustion phenomenon (knocking, pre-ignition) can be associated to the high power density of modern direct-injection gasoline engines. There are two possibilities . to reduce this risk by either changing the engine settings or influencing it by fuel properties. In this context neither the Research-Octane-Number (RON) nor the Motor-Octane-Number can be used for reliable validation of self-ignition characteristics in modern engines.
First investigations of new characteristic numbers to describe the self-ignition behaviour of alcoholic fuels were already done and described in Martin (2013) [1]. Within this publication the Direct-lnjection-Octane-Number (DON), the Compressed Pre-lgnition-Number (CPI) and the Hot-Spot-Pre-lgnition-Number (HSPI) were presented. The assessment and optimization of these new test methods on common gasoline fuels is shown within this present dissertation.
The validation of the characteristic numbers is based on 30 different fuels and performed on a modern three-cylinder-production-engine and a one-cylinder-research-engine. The characteristic numbers are determined on a direct-injection Cooperative-Fuel-Research-Engine (CFR-Engine) as described in Martin (2013). Additionally various thermodynamic analysis were conducted.
The results show a significant variation between a fuel's self-ignition behaviour in the CFR-Engine compared to modern engines. Based on thermodynamic analysis and reaction kinetic data of the fuels, temperature and pressure are identified as main parameters influencing the self-ignition characteristics.
In a further step the engine was adapted with a supercharger and an additional intercooler in order to simulate modern engine conditions. These actions as well as the consideration of a fuel's vaporization properties lead to a significant improvement of the characteristic numbers. Especially the DON and the CPI show a coefficient of determination higher than 90%.
By now it was not possible to get satisfying results for the HSPl-Number on the modified CFR-engine. Therefore further research has to be done.

Die hohe Leistungsdichte moderner direkteinspritzender Ottomotoren begünstigt das Auftreten irregulärer Verbrennungsphänomene hohen Schadenspotenzials (Klopfen,Vorentflammung, Glühzündung). Neben motorischer Maßnahmen zur Reduktion deren Auftretenswahrscheinlichkeit, hat ebenfalls der Kraftstoff einen maßgebenden Einfluss auf die Selbstzündungsneigung im Motor. Die normkonforme Research-Oktanzahl (ROZ) bzw. die Motor-Oktanzahl (MOZ) lassen in diesem Zusammenhang keine ausreichend belastbare Bewertung der Selbstzündungscharakteristik zu. Mit dem Ziel der korrekten Selbstzündungsbewertung von alkoholhaltigen Ottokraftstoffen wurden in Martin (2013) [1] neue Kraftstoffbewertungsmethoden zur Charakterisierung des Klopf- (Direkteinspritzende Oktanzahl, DOZ), des Vorentflammungs- (Compressed Pre-lgnition Kennzahl, CPI) und des Glühzündungsverhaltens (Hot-Spot Pre-lgnition Kennzahl) vorgestellt. Die Bewertung und Adaption bzw. Optimierung der Prüfmethoden für marktkonforme Benzine ist Gegenstand der vorliegenden Dissertation. Auf Basis einer Kraftstoffauswahl von mehr als 30 Proben wird die Validierung der potenziellen Kennzahlen an einem modernen Dreizylinder-Serienaggregat bzw. einem Einzylinder-Forschungsmotor durchgeführt. Die Kennzahlermittlung selbst basiert auf einem gemäß Martin (2013) [1] adaptierten direkteinspritzenden Coorperative-Fuel-Research-Prüfmotor (CFR-Motor) und wird von umfangreichen thermodynamischen Analysen begleitet. Die Ergebnisse der Methodenvalidierung lassen eine deutliche Diskrepanz der kraftstoffspezifischen Selbstzündungsneigung am CFR-Aggregat gegenüber modernen Versuchsträgern erkennen. Die thermodynamische Analyse der Aggregate, gestützt von reaktionskinetischen Daten der Kraftstoffe, identifiziert die In-Zylinder-Größen Druck und Temperatur als maßgebende Parameter der motorischen Selbstzündungsneigung.
Die Adaption des direkteinspritzenden CFR-Motors mittels einer externen Aufladeeinheit inklusive Ladeluftkühlung sowie der Berücksichtigung des kraftstoffspezifischen Verdampfungsverhaltens resultieren in einer signifikanten Verbesserung der Belastbarkeit der Kraftstoffcharakterisierung. Mit einer Genauigkeit von mehr als 90 % zeigt insbesondere die CPI und DOZ ein überaus gutes Ergebnis.
Hinsichtlich des in [1] vorgestellten Verfahrens zur Glühzündungsbewertung (HSPI) auf Basis des modifizierten CFR-Motors ist keine zufriedenstellende Anwendbarkeit auf moderne Brennverfahren gegeben und macht weiteren Forschungsbedarf notwendig.