Fuel-sensitive self-optimizing combustion control for future renewable aircraft engine fuels

In addition to increasing the efficiency of the engines, future reductions in the environmental impact of aviation are to be achieved primarily through sustainable aviation fuels, so-called SAFs (Sustainable Aviation Fuels). These synthetically produced blending components with paraffinic and aromatic components can currently be mixed with up to 50% of fossil kerosene. In the future, it is expected that this proportion will increase, or that 100% sustainable fuel (e.g. ethanol diesel or Fischer-Tropsch fuel) will be used. Due to the generalization of the use of kerosene as an aviation fuel, it is to be feared that no special property-related precautions for use in reciprocating piston engines will be sought by industrial aviation when introducing biogenic alternatives.
Particularly for the use of diesel reciprocating piston engines in small aircraft, this means a high requirement in terms of coordination of important operating parameters for efficiency and operational safety with future fuels.
The content of AP2 is therefore a comprehensive research and analysis in which the engine-specific properties of future turbine fuels are summarized, evaluated and critical components for the engine test are determined. Especially when using fuels with a wide range of properties (such as ignition readiness), the development of a cylinder pressure-based combustion control (AP3) is essential to increase performance and efficiency, as well as operational safety (against engine damage). Experience from the automotive sector (such as the intelligent HCCI or CAI combustion processes) can be used here to ensure safe engine operation (through this additional diagnostic option). With the help of regulated exhaust gas recirculation (AP4) as an innovative element, especially in the partial load range after reaching cruising altitude, engine operation at low air temperatures and relatively unignitable fuels (cetane number 36) can be stabilized and optimized by hot recirculated exhaust gas, or lower operating points can be set. This significantly increases flight safety, reduces nitrogen oxide emissions and also increases the range of the aircraft.
Through this further development of the test vehicle, especially with the adaptation of technologies that have already proven themselves in the automotive sector, such as cylinder pressure-based combustion control, an automatic - i.e. intelligent and AI-based - adjustment of the operating parameters to the fuel quality, a significantly more effective and climate-friendly fuel utilization with constantly optimized combustion and an early detection of any damage that may occur to increase flight safety.
This technology will enable a very wide range of sustainably produced fuels to be used in aircraft engines in the future, paving the way for a CO2-free and low-emission future through alternative, renewable fuels.

[Original text]
"Kraftstoffsensitive selbstoptimierende Verbrennungsregelung für zukünftige regenerative Flugmotorentreibstoffe"
Zukünftige Verringerungen der Umweltauswirkung durch die Luftfahrt sollen neben Effizienzsteigerungen der Triebwerke vor allem über nachhaltige Flugkraftstoffe sogenannte SAFs (Sustainable Aviation Fuels) erreicht werden. Diese synthetisch hergestellten Beimischkomponenten mit paraffinischen und aromatischen Anteilen können derzeit bis zu 50% dem fossilen Kerosin beigemischt werden. Zukünftig ist damit zu rechnen, dass dieser Anteil steigen wird, bzw. zu 100% nachhaltiger Kraftstoff (z.B. Ethanoldiesel oder auch Fischer-Tropsch Kraftstoff) zum Einsatz kommen wird. Durch die Verallgemeinerung der Anwendung von Kerosin als Flugkraftstoff, ist zu befürchten, dass keine besonderen eigenschaftsbezogenen Vorkehrungen für den Einsatz in Hubkolbenmotoren, bei der Einführung biogener Alternativen, seitens industrieller Luftfahrt angestrebt werden. 
Besonders für den Einsatz von Diesel-Hubkolbenmotoren in Kleinflugzeugen bedeutet das eine hohe Anforderung hinsichtlich Abstimmung von wichtigen Betriebsparametern für Effizienz und Betriebssicherheit bei zukünftigen Kraftstoffen. 
Inhalt von AP2 ist daher eine umfassende Recherche und Analyse, in der die motorspezifischen Eigenschaften zukünftiger Turbinenkraftstoffe zusammengefasst, bewertet und kritische Komponenten für die Motoruntersuchung festgelegt werden. Besonders beim Einsatz von Kraftstoffen mit einer großen Bandbreite von Eigenschaften (wie der Zündwilligkeit) ist die Entwicklung einer zylinderdruckbasierten Verbrennungsregelung (AP3) zur Steigerung von Leistung und Effizienz, als auch der Betriebssicherheit (gegen Motorschäden) essentiell. Erfahrungen aus dem Automobilbereich (wie die intelligenten HCCI oder CAI Brennverfahren) können hier herangezogen werden, um einen sicheren Motorbetrieb (durch diese zusätzliche Diagnosemöglichkeit) zu gewährleisten. Mit Hilfe einer geregelten Abgasrückführung (AP4) als Innovationselement, vor allem im Teillastbereich nach Erreichen der Reiseflughöhe, kann der Motorbetrieb bei tiefen Lufttemperaturen und relativ zündunwilligen Kraftstoffen (Cetanzahl 36) durch heißes rückgeführtes Abgas stabilisiert und optimiert werden, bzw. sind niedrigere Betriebspunkte einstellbar. Das erhöht deutlich die Flugsicherheit, reduziert die Stickoxidemissionen und erhöht ebenso die Reichweite des Fluggerätes. 
Durch diese Weiterentwicklung des Versuchsträgers, vor allem mit Adaption von Technologien die sich im Automobilbereich bereits bewährt haben, wie eine zylinderdruckbasierende Verbrennungsregelung, soll eine automatische – also intelligente und KI-basierte - Anpassung der Betriebsparameter an die Kraftstoffqualität, eine deutlich effektivere und klimaschonendere Kraftstoffausnutzung bei ständig optimierter Verbrennung und eine ggfs. auftretende Schadensfrüherkennung zur Erhöhung der Flugsicherheit umgesetzt werden.
Durch diese Technologie kann zukünftig eine sehr breite Auswahl von nachhaltig hergestellten Kraftstoffen im Flugmotor eingesetzt und die Basis für den Weg in eine CO2-freie und ebenso emissionsarme Zukunft durch alternative, regenerative Kraftstoffe geebnet werden.