Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weniger Verbrauch ohne Verzicht: Forschung zu hubraumreduzierten Motoren

28.01.2014
Weniger Hubraum und weniger Kraftstoffverbrauch ohne Leistungseinbuße verspricht ein neues Motorenkonzept, das die RWTH Aachen im Auftrag der Forschungsvereinigung Verbrennungs-kraftmaschinen (FVV) erforscht.

Aus einem Dreizylindermotor mit 0,8 Litern Hubraum holen die Wissenschaftler eine Leistung von bis zu 96 kW (131 PS). Bei 20prozentiger Ethanolbeimischung verbraucht das Aggregat bis zu 15 Prozent weniger Kraftstoff als heutige High-Tech-Maschinen mit Direkteinspritzung und Turboaufladung.


Kraftpaket: Dreizylinder-Forschungsmotor mit einer Literleistung von 120 kW/163 PS

Kann man den Hubraum moderner Ottomotoren weiter reduzieren, ohne Leistungseinbußen in Kauf zu nehmen? Und wie viel Kraftstoff spart man durch Verwendung des kleineren Motors? Macht es Sinn, dem Benzin Ethanol beizumischen? Diesen Fragen stellen sich Wissenschaftler des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen an der RWTH Aachen im Auftrag der FVV.

Bereits in den zu Beginn des Projektes durchgeführten Simulationen wurde klar: Ein solcher Motor mit extrem hohen spezifischen Leistungen entwickelt während der Verbrennung Spitzendrücke von bis zu 160 bar. Um den daraus resultierenden mechanischen Belastungen standzuhalten, wählten die Aachener als Basis für den Benziner einen existierenden Dieselmotor und konstruierten einen komplett neuen Zylinderkopf. Der überrascht unter anderem dadurch, dass er nur über drei Ventile je Zylinder verfügt, zwei für den Einlass und eines für den Auslass. Prof. Dr. Stefan Pischinger erläutert: „Wir wollten sowohl Einspritzventil als auch Zündkerze zentral anordnen. Auf der verbleibenden Fläche nutzen drei Ventile den Raum optimal aus.“

Eine große Herausforderung stellte das kleine Zylinderhubvolumen von nur 266 Kubikzentimetern für die Forscher dar. Der Zylinderdurchmesser (Bohrung) beträgt nur 65,5 Millimeter, die Höhe (Hub) 79,0 Millimeter. Bei einem solchen „Langhuber“ gilt es, die Benetzung der Zylinderwände durch Kraftstoff zu gering wie möglich zu halten. Ansonsten droht im Betrieb die Verdünnung des Motoröls durch unverbrannten Kraftstoff – was die schmierenden Eigenschaften des Öls entscheidend verschlechtern würde. Lösen konnten die Aachener das Problem, indem sie elektromagnetisch gesteuerte Sechs-Loch-Einspritzventile mit einem genau definierten Strahlverlauf verwendeten. Der Einspritzdruck von bis zu 250 bar wird in einem Common-Rail-System erzeugt.

Für die hohen spezifischen Leistungen benötigt der Motor jedoch nicht nur ausreichend Kraftstoff, sondern auch die zugehörige Luft. Diese beschafft ein zweistufiges Aufladesystem, das aus einem mechanischen Kompressor und einem Abgasturbolader besteht. Der Kompressor arbeitet nur im unteren Drehzahlbereich und sorgt für einen sehr schnellen Aufbau des Drehmoments. Ist dieses bei einer Motordrehzahl von 2.500/min erreicht, kuppelt er aus, dafür baut der Turbolader einen Druck von bis zu 3 bar auf.

Um das Leistungspotenzial des Motors voll zu nutzen, legten die Wissenschaftler ihn von Anfang an auf den Betrieb mit 20 % Ethanol (E20) aus. Dieser – in der Regel aus biogenen Stoffen hergestellte – Kraftstoff hat einen großen Vorteil: Er neigt bei hohen Temperaturen und Drücken weniger stark zur Selbstentzündung („Klopfen“). Zudem kann die „Anfettung“ des Luft-Kraftstoff-Gemisches bei Volllast deutlich reduziert werden, dadurch sinkt der Verbrauch auch für Kunden, die viel auf der Autobahn unterwegs sind. „Uns war es wichtig, dass nicht nur der Norm-, sondern auch der Realverbrauch des Motors sinkt“, sagt Pischinger.

Rechnet man die auf dem Prüfstand durchgeführten Verbrauchsmessungen auf den europäischen Fahrzyklus um, so ergibt sich ein Verbrauchspotential von mindestens 11 %. Simulationen zeigen: Würde der Motor konsequent weiter optimiert, zum Beispiel hinsichtlich der mechanischen Reibung, so sind 15 % weniger Verbrauch möglich.

Der Forschungsmotor lief bislang 300 Stunden ohne größere Schäden auf dem Prüfstand. „Damit zeigen wir, dass spezifische Leistungen von 120 kW pro Liter Hubraum grundsätzlich machbar sind“, so Pischinger. Auch wenn es seiner Einschätzung nach noch einige Jahre dauern dürfte, bis ein solcher Motor für die Produktion in großen Stückzahlen entwickelt wird, ist der Trend klar vorgezeichnet: „Wir werden noch mehr Leistung aus noch weniger Hubraum holen“.

Stefanie Jost-Köstering | idw
Weitere Informationen:
http://www.fvv-net.de
http://www.vka.rwth-aachen.de/

Weitere Berichte zu: Ethanol Hubraum Kompressor Kraftstoff Simulation Ventil Verbrauch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Flexiblere Turbomaschinen entwickeln
23.05.2017 | FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH

nachricht WHZ erhält hochmodernen Prüfkomplex für Schraubenverbindungen
23.05.2017 | Westsächsische Hochschule Zwickau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften