HEM – Entwicklung eines Hocheffizienzmotors auf Grundlage eines im Vergleich zur Stand der Technik überhöhten Verdichtungsverhältnisses

 

Zur Einhaltung zukünftiger Emissionsgrenzwerte bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad wurde im Rahmen des Vorhabens „HEM“ ein Hocheffizienz-Gasmotor für Blockheizkraftwerke im kleinen Leistungssegment entwickelt. Dabei stellte die Anhebung des Verdichtungsverhältnisses zur Erhöhung des Wirkungsgrads die Hauptmaßnahme dar, die zunächst zu einer erhöhten Verbrennungstemperatur führt. Dem Anstieg der NOx-Emissionen konnte durch die Nebenmaßnahmen Ladungswechseloptimierung und gekühlte Abgasrückführung zur Senkung der Prozesstemperatur, vor und während der Verbrennung, entgegengewirkt werden.

Im ersten Schritt erfolgte unter Verwendung der 1D-CFD Motorprozessrechnung (AVL BOOST) eine Optimierung der Steuerzeiten zur Minimierung des Restgasgehalts. Die bestimmten Ventil-hubkurven wurden anschließend mithilfe einer MKS-Ventiltrieb-Simulation (AVL EXCITE) ausgelegt und am Prüfstand untersucht. Zur Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses von 13,3 auf 15,2 wurde die Kolbengeometrie modifiziert, deren Einfluss auf die Ladungsbewegung mittels 3D-CFD-Simulationen (AVL FIRE) analysiert wurde. Ersten motorischen Untersuchungen mit erhöhter Verdichtung folgten Versuche mit gekühlter Abgasrückführung, bei denen vergleichbare NOx-Emissionen und unter Beibehaltung der Motorleistung der effektive Wirkungsgrad um 1,2 %-Punkte gesteigert werden konnte.

  

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Maurice Kettner

Institut für Kälte-, Klima- und Umwelttechnik
Tel.: +49 (0)721/925 - 1845
E-Mail: maurice.kettnerspam prevention@hs-karlsruhe.de