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![]( "Buchcover ISBN 9783959740883")
Innere Lastpunktverschiebung bei Dieselmotoren
von Jörg NeugärtnerKurzzusammenfassung
Die vorliegende Ausarbeitung greift die gegenwärte öffentliche Diskussion in Deutschland zu den
NOx-Emissionen von Dieselmotoren im realen Fahrbetrieb auf. Anhand von Motoren für leichte Nutzfahrzeuge und „Non Road“ Anwendungen werden konventielle, d. h. bereits verfügbare und in Serie eingeführte Maßnahmen zur Steigerung des Verbrennungsluftverhältnises und damit der Temperaturen des Abgasmassenstroms, mit der inneren Lastpunktverschiebung verglichen.
Die Absenkung des Verbrennungsluftverhältnises (λ) wird zur Sicherstellung der Funktion der Abgasnachbehandlung, inbesonders der NOx-Rohemissionen, und zur Darstellung eines ausreichenden Wirkungsgrades der Abgasnachbehandlung bei niedrigen Lasten benötigt. Der urbane Lieferverkehr ist in typischerweise durch den Stop& Go-Betrieb im innenstädtischen Betrieb, mit einem Betrieb bei kleinen Motordrehmomenten und Drehzahlen, sowie mit hohen zeitlichen Leerlaufanteilen verbunden. In diesem Lastbereich sind bei den derzeitigen Motorkonzepten zusätzliche motorische Maßnahmen und neue Konzepte notwendig, um die Einhaltung heutiger und zukünftiger Emissionsvorschriften sowie der Emissiongrenzwerte im realen Fahrbetrieb sicherzustellen. Dazu muss das hohe Verbrennungsluft-verhältnis, das heute der Grund für den niedrigen Kraftstoffverbrauch des Dieselmotors im Vergleich zum Ottomotor ist, abgesenkt werden. Die bisher eingesetzten konv. motorischen Maßnahmen (z. B. die Drosselung) führen zur einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs und damit auch der CO2-Emissionen. Eine bisher nicht verwendete Möglichkeit bzw. Maßnahme zur Reduktion des Verbrennungsluftverhältnisses beim Dieselmotor ist die dynamische Lastpunktverschiebung mittels Zylinderabschaltung.
Der größte Teil der Nutzfahrzeuge für den urbanen Personen- und Güterverkehr sowie die Mehrzahl der Arbeitmaschinen sind mit einem Vierzylinder-Dieselmotor ausgestattet. Für diese kleinen Nutzfahrzeugmotoren wird ein neuartiges Motorenkonzept vorgestellt. Das 3up-Motorenkonzept ermöglicht die Steigerung des Verbrennungsluftverhältnisses durch dyn. Lastpunktverschiebung (Zylinderabschaltung) bei signifikant niedrigeren indidzierten Kraftstoffverbrauch (z. B. bis zu – 20%), im Vergleich zu den konv. Maßnahmen zur Steigerung der Abgastemperatur bei Dieselmotoren. Dadurch ist es möglich, im realen Fahrbetrieb, d. h. bei Leerlauf und niedrigen Drehzahlen, bei vergleichbaren Schadstoffrohemissionen nachhaltig den realen Kraftstoffverbrauch zu senken.
Die Untersuchungen an den realiserten Konzeptmotoren zeigen die möglichen Verbesserungen bzgl. der Anhebung der Temperatur des Abgasmassenstroms, des Kraftstoffverbrauchs und die notwendigen Anpassungen bei der Realisierung dieses Motorkonzeptes für einen Dieselmotor auf.
Die vorliegende Ausarbeitung greift die gegenwärte öffentliche Diskussion in Deutschland zu den
NOx-Emissionen von Dieselmotoren im realen Fahrbetrieb auf. Anhand von Motoren für leichte Nutzfahrzeuge und „Non Road“ Anwendungen werden konventielle, d. h. bereits verfügbare und in Serie eingeführte Maßnahmen zur Steigerung des Verbrennungsluftverhältnises und damit der Temperaturen des Abgasmassenstroms, mit der inneren Lastpunktverschiebung verglichen.
Die Absenkung des Verbrennungsluftverhältnises (λ) wird zur Sicherstellung der Funktion der Abgasnachbehandlung, inbesonders der NOx-Rohemissionen, und zur Darstellung eines ausreichenden Wirkungsgrades der Abgasnachbehandlung bei niedrigen Lasten benötigt. Der urbane Lieferverkehr ist in typischerweise durch den Stop& Go-Betrieb im innenstädtischen Betrieb, mit einem Betrieb bei kleinen Motordrehmomenten und Drehzahlen, sowie mit hohen zeitlichen Leerlaufanteilen verbunden. In diesem Lastbereich sind bei den derzeitigen Motorkonzepten zusätzliche motorische Maßnahmen und neue Konzepte notwendig, um die Einhaltung heutiger und zukünftiger Emissionsvorschriften sowie der Emissiongrenzwerte im realen Fahrbetrieb sicherzustellen. Dazu muss das hohe Verbrennungsluft-verhältnis, das heute der Grund für den niedrigen Kraftstoffverbrauch des Dieselmotors im Vergleich zum Ottomotor ist, abgesenkt werden. Die bisher eingesetzten konv. motorischen Maßnahmen (z. B. die Drosselung) führen zur einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs und damit auch der CO2-Emissionen. Eine bisher nicht verwendete Möglichkeit bzw. Maßnahme zur Reduktion des Verbrennungsluftverhältnisses beim Dieselmotor ist die dynamische Lastpunktverschiebung mittels Zylinderabschaltung.
Der größte Teil der Nutzfahrzeuge für den urbanen Personen- und Güterverkehr sowie die Mehrzahl der Arbeitmaschinen sind mit einem Vierzylinder-Dieselmotor ausgestattet. Für diese kleinen Nutzfahrzeugmotoren wird ein neuartiges Motorenkonzept vorgestellt. Das 3up-Motorenkonzept ermöglicht die Steigerung des Verbrennungsluftverhältnisses durch dyn. Lastpunktverschiebung (Zylinderabschaltung) bei signifikant niedrigeren indidzierten Kraftstoffverbrauch (z. B. bis zu – 20%), im Vergleich zu den konv. Maßnahmen zur Steigerung der Abgastemperatur bei Dieselmotoren. Dadurch ist es möglich, im realen Fahrbetrieb, d. h. bei Leerlauf und niedrigen Drehzahlen, bei vergleichbaren Schadstoffrohemissionen nachhaltig den realen Kraftstoffverbrauch zu senken.
Die Untersuchungen an den realiserten Konzeptmotoren zeigen die möglichen Verbesserungen bzgl. der Anhebung der Temperatur des Abgasmassenstroms, des Kraftstoffverbrauchs und die notwendigen Anpassungen bei der Realisierung dieses Motorkonzeptes für einen Dieselmotor auf.