PG3 | Selbstzündung

FVV

Forschung

MOTOREN | Planungsgruppe 3 »Selbstzündung«

Aufgrund des sehr guten Wirkungsgrades hat sich der Selbstzündungsmotor wieder zum „Arbeitstier“ unter den Energiewandlern entwickelt und in vielen kommerziellen Anwendungen, in denen es auf höchste Effizienz, Robustheit und Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitig hoher Dauerauslastung ankommt, eine führende Rolle erarbeitet. Mit Hilfe neuer Technologien wie Künstlicher Intelligenz, additiver Fertigung und neuen Brennverfahren können Motoren mit Selbstzündung erhöhte Anforderungen an Schadstoff- und CO2-Emissionen erfüllen. Die wissenschaftlichen Grundlagen dafür werden von FVV-Forschern und Entwicklern erarbeitet und in die Praxis überführt.

» Klimaneutrale Antriebe mit Emissionen an der Nachweisgrenze benötigen eine engagierte und anwendungsorientierte Forschungsplattform, wie sie die FVV bietet. «

Dr. Christian Weiskirch (MAN Truck & Bus)

Die Forschungsschwerpunkte verschieben sich dabei von dem grundlegenden Verständnis technischer Fragestellungen – etwa zur Brennverfahrensauslegung – hin zu einer Gesamtsystemoptimierung des Antriebs unter den Aspekten Kraftstoffverbrauch und Emissionen. Zentral ist dabei die Frage nach geeigneten Wegen, die von der Gesetzgebung geforderten CO2-Ziele und perspektivisch sogar eine vollständige Klimaneutralität zu erreichen. Da dies mit Verbrennungskraftmaschinen nur durch den Verzicht auf fossile Kraftstoffe zu erreichen ist, gewinnt die Interaktion von Antrieb und Energieträger und die Abstimmung von Brennverfahren und Kraftstoffeigenschaften als Forschungsthema erhebliches Gewicht.

Die Planungsgruppe 3 »Selbstzündung« widmet sich folgenden Zukunftsthemen:

Wirkungsgrad und Effizienz des Motors
Alternative Kraftstoffe, Wasserstoffverbrennung
Gas-/Zweistoffmotoren
Künstliche Intelligenz in der Entwicklung, Big Data & Digitalisierung

Und bearbeitet folgende Forschungslinien/-schwerpunkte:

Verbrennungsmodellierung / -simulation
Neue Brennverfahren, Beschichtung des Brennraums
Kraftstoffverteilung, -aufbereitung, Hochdruckeinspritzung
Strahldiagnostik
Luftpfad / Variabler Ventiltrieb
Duale Brennverfahren

Forschungsschwerpunkte:

Wirkungsgrad und Effizienz

Emissionen

Bio-Kraftstoffe

Synthetische Kraftstoffe

Entwicklungs- werkzeuge

Digitalisierung und KI

Menschen & Technologie

Geduldig Räume für Neues eröffnen

Kontinuität

Dr. Christian Weiskirch hat seit seiner Promotion im Rahmen eines FVV-Projekts Karriere gemacht. Heute koordiniert er die Antriebsstrangentwicklung eines großen Nutzfahrzeugkonzerns – und engagiert sich weiterhin in der Forschungsvereinigung.

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MTZ 05/2020

Zukunftsorientierte Forschung an Motoren mit Selbstzündung

Aufgrund des sehr guten Wirkungsgrads hat sich der Dieselmotor in vielen kommerziellen Anwendungen eine führende Rolle erarbeitet. Neue Technologien wie künstliche Intelligenz oder additive Fertigung können helfen, erhöhte Anforderungen an Schadstoff- und CO₂-Emissionen zu erfüllen. Die wissenschaftlichen Grundlagen werden in Vorhaben der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) erarbeitet und können von deren Mitgliedsunternehmen in die Praxis überführt werden.

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Emission (Klima/Luft) / Effizienz

Potenziale von Luftpfadvariabilitäten am Nfz-Gasmotor

Gasmotoren können aufgrund des niedrigeren Kohlenstoffgehalts im Treibstoff einen wichtigen Beitrag dazu leisten, künftige CO2-Flottenemissionsziele für Nutzfahrzeuge zu erreichen. Um unkontrollierte Selbstzündungen zu verhindern, müssen solche Motoren jedoch bei hoher Last mit spätem Zündwinkel betrieben werden. Zudem ist bei niedrigen Lasten eine Drosselung notwendig. Beide Eingriffe verschlechtern den Wirkungsgrad des Motors. Im FVV-Vorhaben „Potenziale von Luftpfadvariabilitäten am Nfz-Gasmotor“ wird erstmals systematisch untersucht, wie weit sich Motor-Wirkungsgrad und Emissionsniveau durch frühes Schließen der Einlassventile („Millersteuerzeiten“) verbessern lässt. Betrachtet werden zudem die Wechselwirkungen mit einer Abgasrückführung, einer Wassereinspritzung sowie einer möglichen Erhöhung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses. Das Projekt setzt auf Erkenntnissen auf, die in Vorgängervorhaben zu variablen Ventilsteuerzeiten bei Nfz-Dieselmotoren gewonnen wurden.

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Zukunftstechnologien

XME: Alternative Kraftstoffe für Diesel-Brennverfahren

Welches Potenzial haben synthetische Kraftstoffe auf Basis von sauerstoffhaltigen Methylethern, um fossilen Diesel in einem selbstzündenden Brennverfahren zu ersetzen? In dem von der FVV begleiteten Forschungsvorhaben XME, gefördert im Rahmen des BMWi-Fachprogramms „Neue Fahrzeug- und Systemtechnologien“, untersuchten Forschungsstellen an der RWTH Aachen und der TU München zusammen mit Denso, Ford und IAV die Eignung von DME (Dimethylether) und OME-1 (einwertigem Oxymethylenether). Wesentliches Ziel des Projektes war es, das Brennverfahren an die physikalischen und chemischen Eigenschaften der neuen Kraftstoffe so zu adaptieren, dass die Schadstoff-Rohemissionen deutlich sinken und sich gleichzeitig der Motor-Wirkungsgrad verbessert.

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Projekte der Planungsgruppe 3 »Selbstzündung«