Foto: Andreas Friedle

Effizienzsteigerung

Lukas Möltner: "Wir erreichen eine Effizienzsteigerung von 1,6 Prozent."

Turbulente Verbrennung

Motoren begleiten Lukas Möltner seit seinem 16. Lebensjahr. Am MCI widmet er sich Gasmotoren, um aus ihnen noch mehr Effizienz herauszukitzeln.

Es war ein langer Weg für Lukas Möltner: Lehre, Meisterprüfung, Abendschule, Fachhochschule, Universität. Was ihn die ganze Zeit begleitete, vom Automechaniker bis hin zum Fachbereichsleiter Verfahrenstechnik am MCI, war die Beschäftigung mit Motoren, anfangs reparierend, heute optimierend. Im Projekt HiGas etwa nahm er mit seinen Mitarbeitern einen Gasmotor des unteren Leistungsbereichs ins Visier – und erzielte eine Effizienzsteigerung von 1,6 Prozent. Was wenig klingt, fasst der Forscher in andere Zahlen: „Bei 8000 Jahresbetriebsstunden heißt das eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes um 3,7 Tonnen, für den Betreiber eines mit solchen 150-kW-Motoren ausgestatteten Blockheizkraftwerks bedeutet es 3000 bis 4000 Euro mehr im Jahr.“


Erreicht wurde die Effizienzsteigerung des Motors durch eine Beschleunigung der Verbrennung. Initiiert an der Zündkerze, pflanzt sich die Verbrennung in den Brennraum fort, je schneller, desto höher die Arbeitstemperaturen und der Wirkungsgrad. Die Geschwindigkeit wiederum hängt davon ab, wie sich frisches Gas mit Abgas vermischt. „Diese Vermischung optimieren wir, indem wir im Brennraum Turbulenzen generieren. Und das führt in Folge zu einer schnelleren Verbrennung“, berichtet Möltner. Die Konzentration des MCI-Teams gilt dabei der sogenannten Drallströmung, „die beeinflussen wir durch speziell geformte Ventilsitze am Zylinderkopf.“ Nach numerischen Simulationsmethoden wurden mit den vielversprechendsten Modellen mittels Rapid Prototyping Zylinderköpfe hergestellt. Im Labor-Prüfstand wurden anschließend Durchströmungsversuche durchgeführt, „mit Geometrien, die uns zufriedengestellt haben, ließen wir echte Zylinderköpfe fertigen“. Mit diesen ging‘s dann in einen Versuchsmotor eines Blockheizkraftwerks der Stadtwerke Schwaz, um den Zylinderkopf im Echtbetrieb zu testen.


Die Zylinder aus dem – über Innovationsförderungen des Landes Tirol mitfinanzierten – HiGas-Projekt werden in Kooperation mit dem Schwazer Gasmotoren-Spezialisten ECI schon verkauft und ausgeliefert, auch alte Motoren können nachgerüstet werden. Im Folgeprojekt Opticom möchte Möltner testen, ob noch weitere Effizienzsteigerungen möglich sind. Ein schmaler Grat, meint der Wissenschaftler, denn beschleunige man die Drallströmung noch mehr, könnten zu hohe Wandwärmeverluste zu einem schlechteren Wirkungsgrad führen. Doch auch andere mögliche Störfaktoren gilt es zu berücksichtigen, so kann etwa eine zu schnelle Verbrennung den Zündkerzen Schwierigkeiten bereiten. „Das ist ein Alleinstellungsmerkmal unserer Gruppe“, betont Möltner, „wir beschäftigen uns mit der gesamten Prozesskette Zündung-Verbrennung-Emission.“

 

Dieser Beitrag ist auch im „Standort Tirol“, Ausgabe 02/2017,  erschienen. Die gesamte Ausgabe mit weiteren Nachrichten aus dem Innovations- und Technologieland Tirol können Sie hier nachlesen.


MCI Management Center Innsbruck

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