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Forschungsstelle
BFE
Projektnummer
SI/501478
Projekttitel
Wirkungsgradsteigerung von Nutzfahrzeug-Dieselmotoren auf 50%

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Schlüsselwörter
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Publikationen / Ergebnisse
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Schlussbericht
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Englisch)
Heavy-Duty Diesel Engine, Brake Thermal Efficiency, CO2 Reduction, Turbocompound, Combustion
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
Getrieben durch die reduzierten Abgasgrenzwerte haben Dieselmotoren für Nutzfahzeuge, Baumaschinen und landwirtschaftliche Fahrzeuge während der letzten Dekade eine starke Entwicklung erfahren.
Durch hohen Entwicklungsaufwand und intensive Forschung wurden saubere Motoren entwickelt ohne dabei den Wirkungsgrad und den Verbrauch zu verschlechtern. Die weitere Verbesserung konzentriert sich nun auf den thermischen Wirkungsgrad.
lm vorliegenden Projekt ist das erklärte Ziel durch eine Steigerung des Gaswechsel-wirkungsgrades um 13% einen Gesamtwirkungsgrad von 50% zu erreichen.
Kurzbeschreibung
(Englisch)
Diesel engines for heavy duty on- and off-road applications were subject of intense development over the last decade driven by tightened pollutant limits. Due to large R&D efforts, the industry could reach clean engines without sacrificing efficiency. Further R&D concentrates on the increase of thermal efficiency. The goal of this FPT Motorenforschung project is to increase the current total brake thermal efficiency from 44% (EU6) to reach 50%.
Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
Zugehörige Dokumente
Publikationen / Ergebnisse
(Französisch)
Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Deutsch)
Dieselmotoren für Nutzfahrzeuge, Baumaschinen und landwirtschaftliche Maschinen wurden im letzten Jahrzehnt aufgrund der Senkung der Abgasgrenzwerte intensiv weiterentwickelt.

Wegen der hohen Entwicklungsaufwände und der intensiven Forschung an Nachbehandlungssystemen wurden sauberere Motoren entwickelt, ohne dass der thermische Gesamtwirkungsgrad beeinträchtigt wird. Heute konzentrieren sich die Weiterentwicklungen auf eine höhere thermische Effizienz damit es zu einer Reduktion von CO2-Emissionen führt, um die von der EU festgelegten Ziele für 2030 zu erreichen.

Mit Rücksicht auf den momentanen Stand der Technik, sind die mechanische und Verbrennungseffizienz die dominierenden Punkte zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades von Dieselmotoren. Ohne die Verwendung von Abwärmerückgewinnungs-Technologien, wie z.B. eTurbo oder Rankine-Zyklus, ist ein thermischer Wirkungsgrad von 47% bis 48% mit einem spezifischen NOx-Wert nach Motor von 10 bis 12 g/kWh erreichbar, um den AdBlue-Verbrauch auf dem aktuellen Niveau der Euro-VI-Motoren zu halten. Dies konnte im Projekt mit Verbrennung bei höheren Spitzendrücken, einer verbesserten Brennraumform, neuen Injektorendesigns sowie mit der Verwendung flexibler AGR-Technologien experimentell nachgewiesen werden.

Die Verwendung von Abwärmerückgewinnungs-Technologien für eine hocheffiziente Motorbasislinie wie eTurbo hat nur begrenzte Auswirkungen auf den thermischen Wirkungsgrad, da die Abgastemperaturen niedrig sind. Um dies zu entschärfen, kann der Motor verkleinert werden, was zu höheren Abgastemperaturen führt.
Schlussbericht
(Englisch)
Driven by the reduction of the exhaust emission limits, diesel engines for commercial vehicles, construction equipment’s and agricultural machineries have undergone intensive development over the last decade. Due to high development efforts and intensive research carried out on after treatment systems, cleaner engines were developed without impairing their overall thermal efficiencies. Today, further developments are focused on higher thermal efficiency to reduce CO2 emissions in order to be in line with targets set up by the EU for 2030. Considering the current state-of-the art, the combustion and mechanical efficiencies are the two main contributors to the further increase of the brake thermal efficiency of a typical heavy-duty diesel engine. Without the use of Waste Heat Recovery technologies such as e-Turbo or Rankine cycle, a thermal efficiency of 47-48% is achievable while keeping specific NOx engine out at 10-12 g/kWh in order to keep AdBlue consumption at current Euro VI engines level. The use of Waste Heat Recovery technologies such as eTurbo on a highly efficient engine baseline has limited effect on the Brake Thermal Efficiency because the exhaust temperatures are on the lower side. To circumvent this fact, the engine could be downsized for higher exhaust temperatures.
Zugehörige Dokumente
Schlussbericht
(Französisch)
Poussés par la réduction des limites d'émissions à l'échappement, les moteurs diesel pour véhicules utilitaires, engins de chantier et machines agricoles ont connu un développement intensif au cours de la dernière décennie.

En raison des efforts de développement importants et des recherches intensives menées sur les systèmes de post-traitements, des moteurs plus propres ont été mis au point sans nuire à l'efficacité thermique globale. Aujourd'hui, de nouveaux développements sont axés sur une plus grande efficacité thermique afin de réduire les émissions de CO2 et ainsi respecter les objectifs fixés par l'UE à l'horizon 2030.

Compte tenu de l'état actuel de la technologie, les rendements mécanique et de combustion sont les deux principaux contributeurs à l’augmentation du rendement thermique global d’un moteur diesel de poids-lourds. Sans l'utilisation de technologies de récupération de chaleur perdues telles que e-Turbo ou cycle Rankine, un rendement thermique de 47 à 48% est réalisable tout en maintenant le NOx spécifique à 10-12 g/kWh en sortie moteur afin de maintenir la consommation d'AdBlue au niveau actuel des moteurs Euro VI.

L'utilisation de technologies de récupération de chaleur perdue telles que eTurbo sur une base de moteur très efficace a un effet limité sur l'efficacité de rendement thermique final car les températures d'échappement sont relativement basses. Pour contourner ce fait, la capacité volumétrique du moteur pourrait être réduite pour permettre des températures d'échappement plus élevées.
Schlussbericht
(Italienisch)
I motori diesel per veicoli commerciali, le macchine movimento terra e i macchinari agricoli hanno subito un intenso sviluppo nell'ultimo decennio grazie alla spinta esercitata dalla continua riduzione dei limiti di emissione dei gas di scarico.

Grazie ad elevati sforzi della ricerca condotta sui sistemi di post-trattamento e al loro sviluppo, sono stati sviluppati motori sempre più puliti senza compromettere l’efficienza termica. Oggi, ulteriori sviluppi si concentrano su una maggiore efficienza termica per ridurre le emissioni di CO2 al fine di essere in linea con gli obiettivi fissati dall'UE per il 2030.

Considerando l'attuale stato dell'arte, la combustione e l'efficienza meccanica sono i due principali fattori che contribuiscono all'ulteriore aumento dell'efficienza effettiva di un tipico motore diesel per veicoli pesanti. Senza l'uso delle tecnologie di recupero del calore residuo come l'e-Turbo o il ciclo Rankine, è possibile raggiungere un'efficienza termica del 47-48% mantenendo il livello di NOx specifico al di sotto di 10-12 g/kWh al fine di mantenere il consumo di AdBlue all'attuale limite prescritto dalla normativa Euro VI dei motori.

L'uso di tecnologie di recupero del calore residuo come l'eTurbo come soluzione per motori ad alta efficienza ha un effetto limitato sull'efficienza effettiva causa temperature di scarico molto basse. Una soluzione sarebbe rappresentata dal ridimensionamento del motore per avere delle temperature di scarico più elevate.