Niedrigstemissions-LKW-Dieselmotor (NEMo)

Dieses Projekt wurde von der Bayrischen Forschungsstiftung finanziell gefördert. Die Projektpartner im Verbundprojekt waren, die MAN Nutzfahrzeuge Nürnberg, FH Deggendorf, Lehrstuhl für Thermodynamik (TUM) und die Universität Nürnberg-Erlangen.

Konstruktion LVK-Forschungsmotor für 300 bar Brennraumdruck

Mit dem Ziel, einen innovativen und modular aufgebauten Einzylinder - Forschungsmotor für 300 bar Brennraumdruck zu bauen, wurde in Zusammenarbeit mit Studenten ein neuer Motor entwickelt, konstruiert und am LVK aufgebaut. Dabei fertigte die LVK - Werkstatt 95% der Bauteile. Der neue Forschungsmotor wurde speziell für die Untersuchung und Entwicklung neuartiger Brennverfahren konzipiert. Er weist eine Reihe von Besonderheiten auf:

• Brennraumdrücke bis 300 bar
• Hoch - AGR - Strecke mit Rückschlagventil, regelbarer Drossel und Wasserkühler
• Modularer Aufbau
• Massenausgleich II. Ordnung
• Verdichtungseinstellung von 12...23 ohne öffnen der Zylinderkopfschrauben
• Spezielle Motorlagerung mit Momentanpol im Brennraum für nicht sichtbare Motorvibrationen
• Vorbereitung zur Umrüstung zum Transparentmotor
• Fremdaufladung bis 10 bar

Entwicklung von Dieselbrennverfahren für Niedrigstemissionen

Derzeit wird der Motor für das von der Bayerischen Forschungsstiftung geförderte Forschungsprojekt Niedrigstemissions - Lkw - Dieselmotor (NEMo) eingesetzt. Ziel ist es dabei, mittels Hoch - Aufladung, Hoch - AGR, Common - Rail - Drücken von bis zu 3000 bar und Brennraumdrücken von bis zu 300 bar innermotorisch ohne Abgasnachbehandlung EURO VI Grenzwerte einzuhalten. Mit der Einführung der neuen EURO VI Grenzwerte ist um 2012 zu rechnen. An einigen stationären Betriebspunkten konnten die Partikel - und NO_x - Grenzwerte bereits nahezu eingehalten werden.

Untersuchung des Rußbildungsprozesses beim Dieselmotor

Mittels einer neuartigen, am LVK entwickelten Gasentnahmesonde werden direkt aus dem Brennraum Gasproben gezielt zu charakteristischen Zeitpunkten der Verbrennung entnommen. Dabei stellt jede Gasprobe eine Art Momentaufnahme des Brennrauminhalts dar. Die Gegenüberstellung von zeitlich aufeinander folgenden Proben, die zwischen Brennbeginn und dem öffnen des Auslassventils entnommen wurden, wird zur Erforschung der Ruß- und Schadstoffbildung verwendet. Die Aneinanderreihung der einzelnen Momentaufnahmen ergibt dabei eine Art Film, der die Schadstoffentstehung über die Verbrennung hinweg beleuchtet.

Konstruktion eines Transparentmotors für 250 bar Spitzendruck

Um neben dem Wissen über Gaszustände während der Verbrennung auch optische Analysen von Sprayausbreitung, Flammenfortschritt und Strömungsbewegung im Brennraum sichere Aussagen treffen zu können, wird eine Transparentmotorumrüstung entwickelt und konstruiert. Dabei werden die Laufbuchse im Bereich der obersten 75 mm und der Kolben aus Quarzglas ausgeführt, was einenumfassenden Blick in den Brennraum zuläßt und verzerrenden Endoskopzugängen vorzuziehen ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Transparentmotoren, die max. 100 bar Brennraumdruck ertragen, kommt eine vom LVK patentierte Lösung zum Einsatz, die erstmals die Untersuchung von Brennverfahren bis hin zur Dieselvolllast bei 250 - 300 bar Spitzendruck ermöglicht. Es erfolgt derzeit die Detailkonstruktion des neuen Systems. Mit der Inbetriebnahme des neuen Transparentaggregats ist Anfang 2010 zu rechnen.

3000 bar Common - Rail - System3000 bar Common - Rail - System

Rückblickend auf die Entwicklung der sich klar durchsetzenden Common - Rail - Einspritzsysteme bei Dieselmotoren, zeigt sich die kontinuierliche Steigerung des Einspritzdrucks bei allen Herstellern deutlich. Grundsätzlich verbessert sich die Zerstäubung und damit die Kraftstoffaufbereitung bei der Einspritzung mit steigendem Einspritzdruck. Bei einer entsprechenden Anpassung des Einspritzsystems lassen sich deutliche Senkungen der Partikelemission realisieren. Der Preis hierfür ist die aufwändige Anpassung des Einspritzsystems mit allen Komponenten von der Hochdruckpumpe bis hin zum Injektor. So müssen beispielsweise die Spritzlöcher in Verrundung und Konizität dahingehend angepasst werden, dass die im Spritzlocheinlauf induzierte Kavitation gezielt bis zum Spritzlochaustritt abgebaut wird. Desweiteren müssen Dichtheit und Betriebssicherheit aller Hochdruckkomponenten sichergestellt werden. Ein entsprechendes 3000 bar Common - Rail - Einspritzsystem wurde für den Forschungsmotor aufgebaut. Derzeit erfolgt eine Optimierung und Anpassung des Injektors für neue Druckbereiche.

Für nähere Informationen über dieses Forschungsthema sowie Auskunft über vorhandene Diplom-/Master- und Semesterarbeiten wenden Sie sich bitte an Dipl.-Ing. Sebastian Pflaum.