Im Bereich der Schifffahrt gewinnen erneuerbare Kraftstoffe zunehmend an Bedeutung. Ihr verstärkter Einsatz trägt dazu bei, den Ausstoß von CO₂- und Schadstoffemissionen deutlich zu reduzieren und unterstützt so den Wandel hin zu einer nachhaltigeren und klimafreundlicheren maritimen Mobilität.
Vor diesem Hintergrund ergeben sich für den langfristig effizienten Betrieb maritimer Verbrennungsmotoren neue technische Anforderungen. Der Einsatz alternativer Kraftstoffe erfordert umfassende Anpassungen am Gesamtsystem. Das durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Verbundprojekt Fuel-OptimOT setzt genau hier an und verfolgt das Ziel, das tribologische Verhalten der Power Unit detaillierter zu untersuchen sowie zuverlässige Modelle zur Vorhersage des Systemverhaltens zu entwickeln. Der Öltransport in den Brennraum unter Verwendung alternativer Kraftstoffe nimmt dabei eine zentrale Rolle ein.
Die Schifffahrtsbranche steht im Zuge der verschärften Emissionsziele der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation (IMO) vor der Herausforderung, bis 2030 verstärkt emissionsarme bzw. emissionsfreie Kraftstoffe einzusetzen. Dazu zählen insbesondere regenerativ erzeugtes Methanol, Dimethylether sowie Ammoniak, die künftig eine zentrale Rolle im maritimen Energiemix spielen sollen.
Angesichts dieser Herausforderungen wird ein mittelschnell laufender Marine-Versuchsmotor mit Methanol-Saugrohreinspritzung und Pilotzündung untersucht, der mit einer umfassenden Instrumentierung an Kolben, Laufbuchsen und Abgasseite ausgestattet ist. Im Mittelpunkt steht dabei die Analyse des Öltransports im System, insbesondere der durch die Ringbewegung beeinflussten Vorgänge, und deren Wirkung auf Zünd- und Verbrennungsphänomene. Ziel ist es, diese Zusammenhänge besser zu verstehen und gezielt zu optimieren, um die Leistungsdichte insbesondere bei hohen Mitteldrücken und Drehzahlen zu steigern. Darauf aufbauend steht im Mittelpunkt des vorliegenden Verbundprojekts die detaillierte Analyse und modellgestützte Abbildung der komplexen Prozesse im tribologischen System des Kolbens, bestehend aus Kolben, Kolbenringen und Laufbuchse.
Ziel des Projekts ist es, das tribologische Verhalten der Power Unit umfassender zu beschreiben und belastbare Prognosen zum Systemverhalten zu entwickeln. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf dem Öltransport in den Brennraum beim Einsatz alternativer Kraftstoffe.
Zu diesem Zweck erarbeitet das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Brennstoffzellen ein numerisches Simulationsmodell für einen Dual-Fuel-Motor betrieben mit Methanol und n-Heptan. Mit Hilfe dieses Modells sollen insbesondere Entflammungsprozesse im Bereich des Feuerstegs abgebildet werden können. Dabei wird angestrebt, die wesentlichen Betriebskennwerte eines solchen Motors mit einer Abweichung von maximal ±5 % vorherzusagen. Gleichzeitig soll die Vorhersagegenauigkeit für Entflammungsvorgänge im Feuersteg deutlich verbessert werden, um ein zuverlässiges Abbild der realen Betriebsbedingungen im Brennraum zu gewährleisten.
