Darstellung Technologiepotentials zukünftige Dieselmotoren

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 47336

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0042;Verbrennung

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die vom Industriepartner Liebherr hergestellten schweren "off-road" Nutzfahrzeugmotoren müssen die amerikanischen Tier-3 Vorschriften erfüllen, dies ohne Abgasnachbehandlung. Ebenso ist es wichtig, dass diese Motoren in einer nächsten Stufe die zukünftigen EURO-5 Schadstoffgrenzwerte einhalten können, wobei dafür die Abgasnachbehandlung für eine Schadstoffkomponente erforderlich sein wird.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Die diesjährigen Arbeiten an diesem gemeinsamen Projekt der ETH Zürich und der EMPA umfassen die Fertigstellung des Gasentnahme Ventils (GEV) und der 3D – Simulation des Versuchsmotors inkl. Russberechnung sowie der Planung und Vorbereitung des Aufbaus von Probenahme und Aufbereitung für die Partikelcharakterisierung. Das GEV wurde im Verlauf des Jahres fertig gestellt. Bei den ersten Funktionstests haben sich trotz sorgfältiger Planung einige Mängel in der Stabilität des Gerätes herauskristallisiert. Diese Mängel werden derzeit behoben, damit im Anschluss daran umfangreiche Testmessungen zur Funktion des GEV durchgeführt werden könne. Der neue LIEBHERR Vierzylinder Motor mit Vierventilkopf ist immer noch nicht am LAV eingetroffen. Voraussichtlich wird er zu Beginn des nächsten Jahres am Labor eintreffen und der Prüfstand aufgebaut. Es soll eine Bestandesaufnahme gemacht werden, welche das Potential des für die Tier 3 Abgasnorm zertifizierten Motors bezüglich der kommenden Norm Tier 4 darstellen soll. Nachdem sich die Lieferung des von der Firma LIEBHERR in Aussicht gestellten D934 DI-Dieselmotors mit Vierventiltech-nik immer weiter verzögerte, wurde für den zur Verfügung stehenden LIEBHERR D924 DI-Dieselmotor mit Zweiventilkopf ein 3-D Simulationsmodell entwickelt und validiert. Einige Betriebspunkte wurden erfolgreich simuliert. Zusammen mit den Ergebnissen der Russberechnung an einem Projektfremden Motor werden demnächst gute Resultate der Betriebspunkte inklusive Russbildungsverlauf und –verteilung erwartet. Die Vorbereitungen der Partikelmesstechnik sind abgeschlossen. Es wurden Erfahrungen mit der Analyse von Partikeln aus anderen Motoren gesammelt. Weiter wurde ein Programm für die Datenerfassung erstellt und erfolgreich getestet. Die Verzögerung der Lieferung und die sich verändernden Randbedingungen für den Industrienahen Teil des Projektes werden im nächsten Jahr teilweise eine Anpassung der Arbeitsinhalte erforderlich machen. Anfangs 2006 erwarten wir diesbzüglich einen Konsensus der Projektpartner und werden das Bundesamt für Energie entsprechend informieren.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Labor für Aerothermochemie und Verbrennungssysteme, ETH Zürich, IET-LAV

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Boulouchos,Konstantinos
Wilhelm,P.
Mohr,M.
Etissa,D.
Schreiber,D.

Zugehörige Dokumente

• Darstellung des Technologiepotentials von zukünftigen Dieselmotoren zur Erfüllung zukünftiger Emissionsvorschriften bei niedrigem CO2-Ausstoss - Jahresbericht 2002 [PDF] 141 kB
• Darstellung des Technologiepotentials von zukünftigen Dieselmotoren zur Erfüllung zukünftiger Emissionsvorschriften bei niedrigem CO2 Ausstoss - Jahresbericht 2003 [PDF] 282 kB
• Darstellung des Technologiepotentials von zukünftigen Dieselmotoren zur Erfüllung zukünftiger Emissionsvorschriften bei niedrigem CO2-Ausstoss - Jahresbericht 2004 [PDF] 2'264 kB
• Darstellung des Technologiepotentials von zukünftigen Dieselmotoren - Erfüllung zukünftiger Emissionsvorschriften bei niedrigem CO2-Ausstoss - Jahresbericht 2005 [PDF] 590 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Im Rahmen dieses Projektes sollten Möglichkeiten untersucht werden, um Schadstoffemissionen zukünftiger „Heavy-Duty“ Dieselmotoren weiterhin zu reduzieren, dies, bei weiterhin niedrigem Brennstoffverbrauch, damit der spezifische CO2-Ausstoss nicht weiter wächst. Im Laufe des Vorhabens wurde der Fokus stark auf die messtechnische Erfassung der Russ- und NOX-Emission im Brennraum während der Verbrennung gelegt, wozu die Entwicklung eines schnellen Entnahmeventils und die (ETH-Teil) Vorbereitung der nachgeschalteten Messtechnik zur Russpartikelcharakterisierung (EMPA-Teil) gehörte. Zusätzlich sollte ein Russsimulationsmodell der ETH auf seine Tauglichkeit hin untersucht werden. Schliesslich sollte an einem Motor des Industriepartners Liebherr das Potential der Common-Rail Einspritzung mit 4-Ventil-Technologie evaluiert werden. Einige der Ziele dieses ehrgeizigen Projekts wurden weitgehend erfüllt, ein Teil davon konnte jedoch nicht im vorgesehenen Umfang realisiert werden. Der EMPA-Teil wurde durch die Fertigstellung der entsprechenden Dissertation erfolgreich bearbeitet und das schnelle Entnahmeventil ist realisert worden; dies funktioniert noch nicht fehlerfrei, die Behebung letzter Probleme steht jedoch unmittelbar bevor. Das Simulationsprogram für die Russemissionen im 3-D CFD Code zeigt eine gute Übereinstimmung mit den vorhandenen Messungen. Leider konnte der vorgesehene Motor der Firma Liebherr nicht rechtzeitig geliefert werden, weswegen – zusammen mit der Verzögerung der Fertigstellung des Fast Sampling Valve (FSV) der Projektteil zur Demonstration des Potentials des konkreten Industrieproduktes nicht realisiert werden konnte. Das LAV plant, ab 2007 im Rahmen einer Industriekooperation, sowohl den Nachweis der Funktionalität des FSV zu erbringen, als auch die Optimierung des motorischen Brennverfahren durchzuführen.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
ETH Zentrum, Institut für Energietechnik, Laboratorium für Aerothermochemie und Verbrennung
EMPA

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Wilhelm,P.
Boulouchos,Konstantinos
Mohr,M.
Schreiber,D.

Zugehörige Dokumente

• Darstellung des Technologiepotentials von zukünftigen Dieselmotoren - Erfüllung zukünftiger Emissionsvorschriften bei niedrigem CO2-Ausstoss - Schlussbericht [PDF] 2'101 kB

Schlussbericht (Englisch)

The task to get the time resolved local distribution of soot during the combustion cycle of a internal combustion engine to develop new combustion concepts for engines with nearly zero soot emissions is the main task of this project. A 0-D model to simulate the sootformation was adapted to its aequivalent 3-D model and tested at the example of a research engine. Because the 3-D model was deviated form a phenomenological 0-D model and its parameters were assumed to be the same, the results at the end of combustion of the two simulation tools were compared. This comparison showed, that this phenomenological approach gives good results even in 3-D. To validate the 3-D model concerning the local distribution of soot in time, a fast sampling valve with the ability to extract samples of the cylinder content during the combustion cycle was developed. This fast sampling valve couldn’t be tested yet because of two reasons: the planned test engine is still not available and there are still some deficiencies to eliminate to guarantee good results.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
ETH Zentrum, Institut für Energietechnik, Laboratorium für Aerothermochemie und Verbrennung
EMPA

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Wilhelm,P.
Boulouchos,Konstantinos
Mohr,M.
Schreiber,D.