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 Ifremer entwickelt autonomes Unterwasserfahrzeug zur Untersuchung der Tiefsee
24.02.2017 | Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland

nachricht Baukasten-System für die Linienfertigung: Die VL-Baureihe von EMAG
21.02.2017 | EMAG GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie