Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weniger geht immer: Grenzen des Downsizing noch nicht erreicht

01.04.2015

Künftige Verbrennungsmotoren können noch kleiner ausfallen und dadurch weniger CO2 ausstoßen. Dies zeigen mehrere Projekte der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV), die auf der Frühjahrstagung 2015 vorgestellt wurden. So ist es möglich, effiziente Motoren zu bauen, bei denen der Hubraum je Zylinder nur 200 Kubikzentimeter beträgt.

Die spezifische Leistung moderner Ottomotoren, gemessen in Kilowatt pro Liter Hubraum, ist in den letzten Jahren durch Abgasturboladung und Direkteinspritzung deutlich gestiegen. Daher haben sich Dreizylindermotoren bis hinauf in die Mittelklasse durchsetzen können.


Verteilung des eingespritzten Kraftstoffes in einem Dreiventil-Forschungsmotor mit sehr kleinem Zylinderhubvolumen

Institut für Verbrennungskraftmaschinen (IVB) / TU Braunschweig

Der Hubraum je Zylinder beträgt bei diesen „Downsizing“-Aggregaten in der Regel zwischen 350 und 500 Kubikzentimeter. Ist es möglich, den Hubraum je Zylinder deutlich abzusenken? Und wenn ja, welche Technologien benötigt man dafür? Mit diesen Forschungsfragen beschäftigte sich ein jüngst abgeschlossenes Forschungsvorhaben der FVV, das an der Technischen Universität Braunschweig durchgeführt wurde.

In einer Vorstudie hatten sich die Wissenschaftler zunächst dafür entschieden, ein Zylinderhubvolumen von 200 Kubikzentimetern zugrunde zu legen. Der Forschungsmotor wurde mit zwei verschiedenen Zylinderköpfen ausgerüstet: einem Drei- und einem Vierventiler.

„Da bei unserem Motor die Bohrung mit nur 60 Millimeter Durchmesser sehr klein ausfällt, war es bei einem stehend angeordneten Injektor günstiger, nur drei Ventile einzusetzen“, erläutert Professor Dr. Peter Eilts, der das Institut für Verbrennungskraftmaschinen in Braunschweig leitet. Zudem kamen bei den Untersuchungen verschiedene Injektoren zum Einsatz, die sich hinsichtlich Anzahl und Gestaltung der Einspritzlöcher, Durchflussmenge und Impuls unterschieden.

Die Untersuchungen an einem Forschungsmotor zeigten, dass das Dreiventilkonzept bei Abgasemissionen und spezifischem Verbrauch die günstigere Variante darstellt, sofern die Kraftstoffeinspritzung an den Motor angepasst wird.

Dies ist möglich, indem der Durchmesser der sechs Einspritzlöcher je nach Anordnung variiert wird. Dadurch verteilt sich der Kraftstoff im Brennraum besser, zudem landet ein geringerer Anteil auf den Zylinderwänden, wo er zur Partikelbildung beitragen kann. Allerdings zeigte sich auch, dass die Abgasemissionen bei dem Dreiventilkonzept, insbesondere im Bereich hoher Leistung, von vielen Details abhängen. „Kleine Motoren mit drei Ventilen je Zylinder haben großes Potenzial“, fasst Eilts die Ergebnisse zusammen.

In einem anderen Vorhaben untersuchten Wissenschaftler der RWTH Aachen im Auftrag der FVV, wie sich verschiedene Biokraftstoffe in hochaufgeladenen Ottomotoren mit Direkteinspritzung verhalten. Generell sind Kraftstoffe mit höherem Ethanolgehalt für kleine Motoren mit hoher Leistungsdichte nämlich sehr geeignet: Sie erhöhen die Klopffestigkeit, die Neigung des Motors zu unkontrollierten Selbstzündungen bei hoher Leistungsanforderung nimmt ab.

Dementsprechend kann auch bei hoher Last und Drehzahl mit einem optimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gefahren werden. „Gleichzeitig müssen wir jedoch sicherstellen, dass der Motor auch mit normalem Superkraftstoff effizient betrieben werden kann“, erläutert Professor Dr. Stefan Pischinger.

Als bewährte Methode gilt die Einspritzung zusätzlichen Kraftstoffs – doch das erhöht die CO2-Emission. Alternativ untersuchten die Aachener zwei Technologien an einem hochaufgeladenen Dreizylindermotor mit 0,8 Litern Hubraum: Zum einen ein späteres Schließen des Einlassventils, zum anderen die Rückführung gekühlten Abgases.

Ein so konfigurierter Motor würde bereits im europäischen Normzyklus rund zwei Prozent weniger Kraftstoff verbrauchen. Deutlich höher fällt die Reduktion jedoch aus, betrachtet man den für schnelle Autobahnfahrten relevanten Betriebsbereich. Obwohl Ladedruck und Kühlleistung bei dem Versuchsmotor limitiert waren, konnte eine Leistungssteigerung von 8,5 Prozent ohne „Anfettung“ nachgewiesen werden.

Auch bei Nutzfahrzeug-Dieselmotoren ist eine weitere Steigerung der spezifischen Leistung möglich. An der Technischen Universität Braunschweig wurde dazu ein variables Ventiltriebssystem untersucht. Das elektrohydraulische System, das ohne Nockenwelle auskommt, ermöglicht eine stufenlose Verstellung der Ventilsteuerzeiten.

Durch späteres Schließen des Einlassventils ist eine Steigerung der Leistung um rund zehn Prozent möglich. Die gewonnene Freiheit bei den Ventilsteuerzeiten kann jedoch auch genutzt werden, um die Abgastemperaturen gezielt zu erhöhen. Dies ist wichtig, weil für die einwandfreie Funktion der Abgasreinigungsanlage ein gewisses Temperaturniveau nicht unterschritten werden darf. „Ein variabler Ventiltrieb ermöglicht es grundsätzlich auch, bei gleicher Leistung, Verbrauch und Schadstoffemissionen abzusenken“, erläutert Eilts.

Weitere Informationen:

http://www.fvv-net.de

Stefanie Jost-Köstering | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht CI-Maschine von EMAG ECM: Hocheffektive Lösung für das Entgraten von komplexen Bauteilen
12.04.2018 | EMAG GmbH & Co. KG

nachricht Kaltmassivumformung: auch komplexe Bauteilherstellung virtuell und kostengünstig designen
29.03.2018 | Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden

Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung: Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik.

Die typische Wellenlänge des Lichtes, die mit einem Objekt des Mikrokosmos wechselwirkt, ist umso kürzer, je kleiner dieses Objekt ist. Für Atome reicht dies...

Im Focus: Gamma-ray flashes from plasma filaments

Novel highly efficient and brilliant gamma-ray source: Based on model calculations, physicists of the Max PIanck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg propose a novel method for an efficient high-brilliance gamma-ray source. A giant collimated gamma-ray pulse is generated from the interaction of a dense ultra-relativistic electron beam with a thin solid conductor. Energetic gamma-rays are copiously produced as the electron beam splits into filaments while propagating across the conductor. The resulting gamma-ray energy and flux enable novel experiments in nuclear and fundamental physics.

The typical wavelength of light interacting with an object of the microcosm scales with the size of this object. For atoms, this ranges from visible light to...

Im Focus: Wie schwingt ein Molekül, wenn es berührt wird?

Physiker aus Regensburg, Kanazawa und Kalmar untersuchen Einfluss eines äußeren Kraftfeldes

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines...

Im Focus: Basler Forschern gelingt die Züchtung von Knorpel aus Stammzellen

Aus Stammzellen aus dem Knochenmark von Erwachsenen lassen sich stabile Gelenkknorpel herstellen. Diese Zellen können so gesteuert werden, dass sie molekulare Prozesse der embryonalen Entwicklung des Knorpelgewebes durchlaufen, wie Forschende des Departements Biomedizin von Universität und Universitätsspital Basel im Fachmagazin PNAS berichten.

Bestimmte mesenchymale Stamm-/Stromazellen aus dem Knochenmark von Erwachsenen gelten als äusserst viel versprechend für die Regeneration von Skelettgewebe....

Im Focus: Basel researchers succeed in cultivating cartilage from stem cells

Stable joint cartilage can be produced from adult stem cells originating from bone marrow. This is made possible by inducing specific molecular processes occurring during embryonic cartilage formation, as researchers from the University and University Hospital of Basel report in the scientific journal PNAS.

Certain mesenchymal stem/stromal cells from the bone marrow of adults are considered extremely promising for skeletal tissue regeneration. These adult stem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Mai zum 7. Mal an der Hochschule Stralsund

12.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Aus dem Labor auf die Schiene: Forscher des HI-ERN planen Wasserstoffzüge mit LOHC-Technologie

19.04.2018 | Verkehr Logistik

Neuer Wirkmechanismus von Tumortherapeutikum entdeckt

19.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics