CNGDiesel – Erdgas-Diesel Dual-Fuel-Verbrennungsmotor zur signifikanten CO²-Reduktion für Pkw-Antriebe

Wesentlicher Inhalt des Projektes war die Entwicklung eines CO2-optimalen Erdgas-Diesel Dual-Fuel-Brennverfahrens unter Berücksichtigung der weltweiten Emissionsgesetzgebung auf Basis eines Pkw-Dieselmotors. Dabei wurde eine CO2-Einsparpotentiale von bis zu 25 % abgestrebt ohne die Eigenschaften hinsichtlich Emissionen und Akustik negativ zu beeinträchtigen.

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation/Motivation

Die Automobilbranche steht vor großen Herausforderungen die mittelfristig zu bewältigen sind. Die Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich CO²-Emissionen von 95 g/km für den Pkw-Bereich ab 2020 und einer mittelfristig darüber hinaus gehenden Verschärfung auf bis zu 75 g/km fordert enorme Anstrengungen in der Weiterentwicklung bestehender Antriebsaggregate mit flüssigen Kraftstoffen.

Das Erreichen dieser Vorgaben erfordert neben der Elektrifizierung des Antriebsstranges die Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors hin zu höherer Effizienz oder den Einsatz alternativer Kraftstoffe. Ein wichtiger alternativer Kraftstoff dabei ist Erdgas. Trotz der geringen Verbreitung von Erdgasfahrzeugen in der heutigen Fahrzeuglandschaft ist festzuhalten, dass mit kaum einer anderen Einzelmaßnahme der reale CO²-Ausstoß, abseits von genormten Fahrzyklen, derart effektiv, vergleichsweise kostengünstig und kurzfristig reduziert werden kann.

Inhalte und Zielsetzungen

In diesem Forschungsvorhaben wurde basierend auf einem Dieselmotor der Dual-Fuel-Betrieb mit Erdgas und Diesel als Kraftstoffe untersucht. Das Ziel des vorgestellten Konzeptes ist es, den hohen Wirkungsgrad des Dieselmotors mit dem CO²-Einsparungspotential von Erdgas zu kombinieren.

Methodische Vorgehensweise

Basis für die experimentellen Versuche war ein 4-Zylinder-Seriendieselmotor von BMW. Durch umfangreiche Adaptionen wurde mit diesem Triebwerk der Dual-Fuel-Betrieb mit Diesel und gasförmigem Erdgas (CNG-Compressed Natural Gas) dargestellt. Die Einspritzung des Diesels erfolgte wie beim Serienmotor direkt in den Brennraum und wurde als „Trigger" für die Verbrennung verwendet. Für die Einbringung des Erdgases wurden sowohl die äußere als auch die innere Gemischbildung untersucht. Neben den experimentellen Untersuchungen wurden unterstützend diverse Simulationswerkzeuge eingesetzt.

Ergebnisse und Ausblick

In diesem Forschungsprojekt wurde gezeigt, dass abseits von Großmotor- und Nutzfahrzeug- Anwendungen das Erdgas-Diesel-Brennverfahren auch im Pkw-Bereich vielversprechende Ergebnisse liefert. Die geschaffenen fundamentalen Grundlagen ermöglichen weiterführende Untersuchungen von Erdgas-Diesel-Brennverfahren in mobilen Anwendungen. Eine essentielle Schlüsselfrage stellt jedoch die Abgasnachbehandlung vor allem hinsichtlich der Methan-Emissionen in der Teillast dar.

Publikationen

Projektbeteiligte

  • Univ.-Prof. DI Dr. Helmut Eichlseder, TU Graz – Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik
  • DI Peter Raschl, BMW Motoren GmbH
  • Ao.Univ.-Prof. Dr. Peter Sturm, Forschungsgesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik mbH

Kontaktadresse

TU Graz – Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik
Univ.-Prof. DI Dr. Helmut Eichlseder
Tel.: +43 (316) 873-30001
E-Mail: eichlseder@ivt.tugraz.at

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