IGIS: Integrated gas injection and ignition systems matched to advanced combustion processes for heavy-duty natural gas engines

• Research unit: EU RFP
• Project number: 97.0615

Key words (German)

Verbrennungsmotor; Erdgas; Alternative Treibstoffe; Abgasrückführung; Abgasnachbehandlung

Alternative project number (English)

EU project number: BRPR-CT97-0501

Research programs (English)

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

Short description (German)

Siehe Abstract

Partners and International Organizations (German)

CRF, AVL, TEMIC, O.M.T., University of Valencia

Abstract (German)

Magerverbrennung
Mit dem Magerkonzept wurde ein Brennraumvergleich zwischen einer hochturbulenten 'Nebula'-Mulde und einer konventionellen Topfmulde durchgeführt. Mit der ersten Mulde wurde auch ein Hochdrall-Zylinderkopf verwendet, bei der zweiten Aufführung wurde hingegen der serienmässige Tiefdrall-Zylinderkopf des Dieselmotors montiert. Die Resultate der beiden Versionen waren sehr ähnlich, jedoch musste mit der Topfmulde der Zündzeitpunkt bei Volllast um etwa 5° in Richtung 'früh' geschoben werden, um die geforderte NOx-Emission von 2 g/kWh zu erreichen. Die Differenz im ZZP ist auf den längeren Zündverzug und die längere Brenndauer zurückzuführen. Eine genauere Untersuchung mit Hilfe des Verbrennungsanalysators zeigte, dass mit dem Tiefdrallkonzept zu hohe Variationskoeffiziente (COV) auftraten.
Weitere Vergleichsversuche mit einem 'Tri-Flow' Brennraum, der eine noch höhere Turbulenz erzeugen soll, zeigten auch schnellere Brennraten wie mit dem 'Nebula' Brennraum erreicht wurden. Es ist jedoch zu bBeachten, dass eine zu schnelle Verbrennung den Zündzeitpunkt später, d.h. in Richtung höherer Zylinderdrücke bringt; unter diesen Bedingungen können Zündaussetzer auftreten.

Single-Point (SPI) und Multi-Point (MPI) Gaseinblasung
Der von IVECO verwendete Motor F2G ist mit einem Zylinderkopf mit voll integriertem Ansaugrohr ausgerüstet, die notwendigen Modifikationen für eine MPI erwiesen sich als extrem schwierig und auch unrealistisch infolge der zu erwartenden langen Beschaffungszeit für speziell modifizierte Zylinderköpfe. In der zu Anfang des Projekts durchgeführten Marktstudie konnte nur eine sehr limitierte Auswahl von Injektoren für ein MPI System gefunden werden. Von den bewährten Bosch Injektoren, die in Gross-Serie hergestellt werden, müssten vier Stück pro Zylinder eingebaut werden, um die nötige Gasmenge innerhalb der gewünschten Zeit einzubringen. Ein einziges Produkt konnte gefunden werden, das den nötigen Durchsatz brachte. Der Nachteil dieses Injektors lag in der viel zu hohen Variation der Einblasmenge bei kurzen Öffnungszeiten, die bei tiefen Lastpunkten notwendig sind. Abhilfe dieses Problems bringt ein variabler Ausgangsdruck am Gasdruckregler, der von der Motorsteuerung geregelt würde. Aus den erwähnten Gründen wurde in Absprache mit der Projektleitung entschieden, dass nur das SPI-System für das EMING und IGIS Projekt verwendet wird. Für das SPI-System wurde ein neuer Gasmischer mit 12 integrierten Bosch Injektoren entwickelt.

Emissions Resultate mit AGR und l=1 Verbrennung
Mit dem im EMING Bericht beschriebenen 228 kW LKW-Motor mit stöchiometrischer Verbrennung und Niederdruck-AGR-System wurden mit verschiedenen Katalysatorausführungen Versuche durchgeführt. Zuerst wurden bei verschiedenen Betriebspunkten die Position und Breite der Lambda-Fenster ermittelt. Anschliessend wurde die Lambdaregelung optimiert. Mit einem gegen Ende der Projektphase gelieferten Palladium Dreiwegkatalysator konnten sehr tiefe Emissionswerte erreicht werden.

References in databases (English)

Swiss Database: Euro-DB of the
State Secretariat for Education and Research
Hallwylstrasse 4
CH-3003 Berne, Switzerland
Tel. [phone]
Swiss Project-Number: 97.0615