CO2 und Schadstoffemissionsverminderung durch den Einsatz von variablen Ventiltrieben in LKW-Dieselmotoren

Autoren

Ing. P. Traversa, Dr. M. Elicker, Ing. N. Morelli, Dipl.-Ing. S. Hardes, Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Herzogenaurach:

Jahr

2023

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Strenger werdende NOx-Emissionsziele der anstehenden EURO7-Gesetzgebung sowie die weitere Reduzierung der CO2-Flottenzielwerte erfordern zusätzliche Entwicklungsschritte, insbesondere bei Heavy-Duty-Dieselmotoren. Zur Erreichung der Emissionszielwerte spielt das Temperatur - management der Abgasnachbehandlung eine zentrale Rolle. Das schnelle Aufheizen der Katalysatoren nach dem Motorstart ist eine große Herausforderung bei gleichzeitig möglichst geringen Rohemissionen. Darüber hinaus muss auch dem Auskühlen der Abgasanlage CO2 - optimiert entgegengewirkt werden.

In diesem Zusammenhang untersucht der Beitrag das Potenzial einer innovativen Ventilhubstrategie an einem Heavy-Duty Diesel-Reihensechszylindermotor und vergleicht diese mit einem Hocheffizienz-Dieselmotor neuester Bauart. In einem ersten Schritt erfolgt die Auslegung der Ventilhubstrategien mit Hilfe der 1D- Ladungswechselsimulation an ausgewählten Betriebspunkten für Diesel zur Einhaltung zukünftiger EURO7-Emissionsgrenzwerte. Anschließend werden Ergebnisse entsprechender Hochrechnungen für verschiedene Zyklen vorgestellt und diskutiert.

Die innovative Ventilhubstrategie kombiniert eine Einlassvariabilität für die interne Abgasrückführung mit einer zusätzlichen einlassseitigen Variabilität zur Reduzierung des Frischluftmassenstroms. Dadurch kann die Abgastemperatur in Betriebspunkten mit niedriger Motorlast ohne nennenswerten Mehrverbrauch an Kraftstoff angehoben werden. Mit Hilfe eines gezielten Zylindertemperaturmanagements können zudem die Motor-Rohemissionen auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden. Weitere Verbrauchsvorteile ergeben sich auch im mittleren und hohen Lastbereich (Hochlast-Miller) sowie im transienten Betrieb (taktweise Regelung von Abgasrückführrate und Luftverhältnis).

In einem zweiten Schritt wird das Potenzial des vorgeschlagenen Ventiltriebsystems zur Unterstützung alternativer fremdgezündeter Brennverfahren für regenerative Kraftstoffe wie Wasserstoff untersucht und bewertet.

Um all diese anspruchsvollen Ziele zu erreichen, kann ein vollvariables Ventiltriebsystem wie das iFlexAir von Schaeffler am Einlass eine Schlüsseltechnologie darstellen. Durch die Kombination des Systems iFlexAir mit einem zusätzlichen schaltbaren System (iRockAir) auf der Auslassseite können weitere Vorteile wie (rollierende/dynamische oder statische) Zylinderabschaltung (CDA) zusammen mit einer Motorbremsfunktion (EB) realisiert werden.

ISBN

978-3-9504969-2-5