EMING: Emission control for NZEV HD CNG engines

• Forschungsstelle: EU FRP
• Projektnummer: 97.0449
• Projekttitel Englisch: EMING: Emission control for NZEV HD CNG engines

Schlüsselwörter (Deutsch)

Verbrennungsmotor; Erdgas; Alternative Treibstoffe; Abgasrückführung; Abgasnachbehandlung

Alternative Projektnummern (Englisch)

EU project number: BE96-3878

Forschungsprogramme (Englisch)

EU-programme: 4. Frame Research Programme - 2.1 Industrial and materials technologies

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Siehe Abstract

Partner und Internationale Organisationen (Deutsch)

CRF, Daimlerchrysler, Temic, Johnson Matthey, Sintesi AG, Nat.Tech.University of Athens

Abstract (Deutsch)

Wie im letzten Bericht beschrieben, wurden in der ersten Phase des EMING Projekts Vorversuche zur Systemabklärung mit verschiedenen Auslegungen der Abgasrückführung (AGR) in Verbindung mit stöchiometrischer Verbrennung untersucht. Ziel der AGR war vor allem die Reduktion der Zylinderkopf- und Abgastemperatur für das geforderte Leistungsniveau. Parallel dazu konzentrierten sich die Versuche beim Magermotor vor allem auf Verbrennungsoptimierung und Untersuchungen mit verschiedenen Oxidationskatalysatoren.
Aufgrund der Probleme bei der schlechten Konvertierung der Methanemissionen beim Magermotor und im Hinblick auf die von IVECO verfolgte Philosophie zu möglichst tiefen Abgasemissionswerten für alternative Antriebe, konzentrierten sich die Hauptaktivitäten im letzten Projektjahr auf die Optimierung von zwei Leistungsvarianten mit stöchiometrischer Verbrennung in Verbindung mit Abgasrückführung und Dreiweg-Katalysator.
In einer kleineren Versuchsreihe wurde auch das Potential von Magerverbrennung mit Lambda >1 und AGR untersucht. Da keine geeigneten Turbolader zur Verfügung standen, konnte nur bis l=1.2 hoch gefahren werden. Dabei konnte bei Nennleistung und AGR-Raten von 20% der Wirkungsgrad um 1.5 % Punkte gesteigert werden. Dieses Konzept wurde jedoch nicht weiter verfolgt, da hier nicht mittels Dreiweg-Katalysator gute Emissionswerte erreicht werden können.
Für die erste Phase diente ein LKW-Motor mit einer Leistung von 228 kW bei 2200 min-1 und einem Drehmoment von 1100 Nm bei 1100 min-1. Bei dieser Variante wurden intensive Untersuchungen mit verschieden AGR-Systemen durchgeführt und im Hinblick auf Wirkungsgrad, Temperaturlimiten an Komponenten und AGR-Raten in Voll- und Teillast optimiert. Als Turbolader diente die gleiche Ausführung mit variabler Turbinengeometrie (VTG) wie dies vom Dieselmotor her bekannt ist.
Mit verschiedenen Herstellern von AGR-Ventilen wurde Kontakt aufgenommen und Daten über Durchfluss, Druckverlust, Ansteuerung und Positionsrückführung miteinander verglichen. Drei verschiedene Fabrikate mit geeigneten Durchsätzen wurden beschafft und am Motor erprobt.
Es zeigte sich auch, dass für diese hohe Leistung die Verwendung eines EGR-Kühlers unumgänglich ist, um die gewünschten Forderungen zu erfüllen. Die besten Ergebnisse am LKW-Motor wurden mit einem Niederdruck-AGR-System erreicht, dabei wird ein AGR-Kühler mit einem geregelten AGR-Ventil zwischen Turbinenaustritt und Verdichtereintritt eingebaut. Mit diesem Konzept wurden bei höheren AGR-Raten annähernd die gleichen Verbrauchswerte wie mit dem Magermotor erreicht. Da noch keine geeigneten regelbaren 24 Volt AGR-Ventile auf dem Markt erhältlich sind und auch eine grössere Softwareänderung für die Motorsteuerung nötig ist, wurde in der zweiten Phase eine Motorvariante mit reduzierter Leistung für Stadtbusse realisiert.
Diese Ausführung wird nun zur Seriereife gebracht. Für den Busmotor wurde eine Leistung von 184 kW bei 2050 min-1 und ein Drehmoment von 1050 Nm bei 1100 min-1 gefordert. Diese Eckwerte konnten bei guter Erdgasqualität mit einer hohen Methanzahl ohne Reserve auch ohne AGR realisiert werden. Für die in Europa vorhandenen Erdgasqualitäten und unter erschwerten Betriebsbedingungen (höhere Ansaugtemperaturen) ist jedoch eine AGR notwendig. Bei dieser Variante konnte ein offenes und ungeregeltes AGR-System abgestimmt werden, das bei etwa 7% AGR-Rate die gewünschten Ergebnisse und Sicherheiten in Bezug auf Temperaturlimiten und klopfende Verbrennung bringt. Um den nötigen Änderungsaufwand der Software für die Motorsteuerung in Grenzen zu halten, wird bei dieser Variante ein Waste-Gate Turbolader verwendet.

Datenbankreferenzen (Englisch)

Swiss Database: Euro-DB of the
State Secretariat for Education and Research
Hallwylstrasse 4
CH-3003 Berne, Switzerland
Tel. [phone]
Swiss Project-Number: 97.0449