Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Entwicklung eines vom Dieselmotor abgeleiteten Erdgasmotorkonzeptes mit elektronisch gesteuerter Direkteinblasung und Gl\u00fchz\u00fcndung f\u00fcr den Einsatz im Stadtbus vor dem Hintergrund der zuk\u00fcnftigen europ\u00e4ischen Gesetzgebung (Euro IV, ESC). W\u00e4hrend konventionelle Erdgasmotoren auf Grund der \u00e4u\u00dferen Gemischbildung insbesondere im Teillastbereich erhebliche Wirkungsgradnachteile aufweisen, erm\u00f6glicht das Gl\u00fchz\u00fcndungsbrennverfahren mit direkter Erdgaseinblasung auf konstant hohem Druckniveau (ca. 200 bar) einen ungedrosselten Teillastbetrieb. Hierbei l\u00e4sst sich ein dem Dieselmotor vergleichbares g\u00fcnstiges Energieverbrauchs- und Leistungsverhalten realisieren. Erdgasbedingte Vorteile bez\u00fcglich der CO2-Bilanz lassen sich insbesondere im dynamischen Fahrbetrieb verst\u00e4rkt nutzbar machen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenVoraussetzung zur Darstellung des Wirkungsgrad- und Emissionsminderungspotenzials f\u00fcr diesen Technologieansatz war die Entwicklung eines direkteinblasenden Erdgasbrennverfahrens (DING-Verfahren) f\u00fcr den Einsatz in Nutzfahrzeugen. Ein wesentlicher Aspekt f\u00fcr das Erreichen der Zielsetzung bestand in der auf den dynamischen Fahrbetrieb ausgerichteten Entwicklung der Teilsysteme Brennverfahren, Einblasesystem und Motorelektronik sowie deren Integration in das Gesamtsystem Motor. Ein vorentwickeltes Druckspeicher-Einblasesystem wurde hierzu f\u00fcr den Einsatz im Nutzfahrzeugmotor weiterentwickelt und in Verbindung mit dem vom Dieselmotor abgeleiteten Brennverfahren hinsichtlich Kraftstoffverbrauchs- und Schadstoffemissionsverhalten abgestimmt. Ein wichtiger Teilaspekt der durchgef\u00fchrten Entwicklungsarbeiten lag in der Wirkungsgradoptimierung der Einheit zur Erdgasverdichtung, die als kompakter On-Board-Verdichter konzipiert und in das Motorkonzept integriert, einen weitgehend konstanten Versorgungsdruck f\u00fcr die Gaseinblasung im gesamten Kennfeldbereich rea-lisieren kann. Als Versuchstr\u00e4ger f\u00fcr die Basisentwicklung wurde ein in Stadtbussen h\u00e4ufig eingesetzter Motor der DaimlerChrysler AG, Typ OM447hLA, 184 kW herangezogen, der die derzeit geltenden Schadstoffgrenzwerte (Euro II) erf\u00fcllt. Dynamische Untersuchungen wurden an einem kompakteren Nfz-Motor (DC OM906LA) mit vergleichbarer Leistungscharakteristik durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Auf Grund der hier entwickelten technischen Eigenschaften der DI-Erdgastechnologie sind wesentliche Barrieren f\u00fcr eine Einf\u00fchrung von Erdgasantrieben in Nutzfahrzeugen und Stadtbussen aus dem Weg ger\u00e4umt worden. Die aufgezeigten Eigenschaften hinsichtlich Leistungs- und Wirkungsgradverhalten sowie die Kompatibilit\u00e4t der Systemtechnologie zu bestehenden L\u00f6sungsans\u00e4tzen f\u00fcr konventionelle Kraftstoffe bilden eine ausgezeichnete Grundlage f\u00fcr eine industrielle Nutzung.
\nAnhand der durchgef\u00fchrten experimentellen Untersuchungen konnte aufgezeigt werden, dass mit dem DI-Erdgasmotor und in Verbindung mit Abgasr\u00fcckf\u00fchrung sowie katalytischer Abgasnachbehandlung durch einen Oxidationskatalysator, Schadstoffemissionen auf dem Niveau der Euro 4-Grenzwerte (Ba-sis: ESC-Test) durchaus erreicht werden. Unter instation\u00e4ren Betriebsbedingungen (ETC-Test) werden bereits heute Partikel- und CO-Emissionen deutlich unterhalb des Niveaus Euro 5 bzw. EEV erreicht, w\u00e4hrend bez\u00fcglich der NOx- und HC-Emissionen das Euro 4 Niveau \u00fcberschritten wurde.
\nDas durchgef\u00fchrte Projektvorhaben hat ebenso aufgezeigt, dass die Systemtechnologie hinsichtlich ihrer Umsetzung in den industriellen Ablauf noch einen nicht ausreichenden Entwicklungsstand aufweist, so dass weitergehende Ziele zur Darstellung weiter abgesenkter Schadstoffemissionen nur bei entsprechender Weiterentwicklung des Betriebsverhaltens der Gasventilkomponenten m\u00f6glich ist. Zuk\u00fcnftige Entwicklungsschritte sollten sich deshalb darauf konzentrieren, die noch offenen Fragen der Komponentenfertigung zu adressieren, um die Abstimmung des Motorkonzeptes in Verbindung mit der Abgasr\u00fcckf\u00fchrung weiter zu optimieren.
\nMit der Einf\u00fchrung der Emissionsstufen Euro 4 und Euro 5 f\u00fcr Nutzfahrzeuge ist absehbar, dass sich konventionelle und alternative Antriebskonzepte sowohl bez\u00fcglich der resultierenden Emissionswerte wie auch hinsichtlich der Anschaffungs- und Betriebskosten aufeinander zu bewegen. Die stets kritisierte Komplexit\u00e4t aktueller Gasottomotoren, die allerdings heute bereits in der Lage sind, Euro 5 bzw. EEV-Niveau zu bieten, wird dann auch f\u00fcr einen Dieselmotor gleicher Abgasg\u00fcte gelten. Hier sind z.T. deut-lich erh\u00f6hte Kosten f\u00fcr die Dieselabgasnachbehandlung durch die SCR oder SCRT-Technologie wie auch die Schaffung einer Infrastruktur f\u00fcr die Harnstoff-Additivversorgung zu ber\u00fccksichtigen. Ebenso wird der Wartungsaufwand dieser h\u00f6her entwickelten Technologie die Betriebskostensituation weiter belasten.
\nDemzufolge sind die Kraftstoffkosten letztendlich die einzig verbleibende Kostenart, die der Fahrzeugbetreiber durch Wahl des Fahrzugantriebes (Diesel oder Erdgas) noch entscheidend beeinflussen kann. Aus diesem Grund ist der zuk\u00fcnftige Markt f\u00fcr Erdgasfahrzeuge in den Bereichen der Nutzfahrzeuganwendung zu sehen, die entweder auf Grund hoher Fahrleistung einen hohen Kraftstoffkostenanteil haben bzw. auf Grund hoher Fahrzeuganschaffungskosten mit einer langen Nutzungsdauer planen. Gerade in diesen Segmenten ergibt sich ein hoher Kundennutzen durch eine fr\u00fchzeitige Amortisation der Mehrkosten bei der Erdgasfahrzeugbeschaffung.
\nIn letztendlicher Konsequenz best\u00e4tigt das die absolute Notwendigkeit zum Einsatz eines Erdgasantriebes mit dieselmotorischen Eigenschaften hinsichtlich der Leistungsentfaltung und des Kraftstoffverbrauchsverhaltens, wie er mit dem hier vorgeschlagenen L\u00f6sungsansatz zur Verf\u00fcgung steht. Denn auch wenn absehbar ist, dass Dieselmotoren in Zukunft mit Euro 5- bzw. EEV-Niveau im Markt vertreten sein werden, so hat die Erdgasanwendung weitergehende Vorteile bez\u00fcglich der CO2-Emissionen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Publikationen der in diesem Projektvorhaben erzielten Ergebnisse sind geplant im nationalen Umfeld u.a. im Rahmen einer Veranstaltung im Haus der Technik e. V., Gasfahrzeuge – Die passende Antwort auf die CO2-Herausforderung der Zukunft, bzw. im internationalen Umfeld auf einer Veranstaltung der US Society of Automotive Engineering (SAE), Powertrain & Fluid Systems Conference.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit Einsatz der DING-Technologie muss sich der Erdgas-Nfz-Motor auf Grund gleicher Leistungs- und Verbrauchskennwerte nicht mehr hinter dem Dieselmotor verstecken. Vor dem Hintergrund der Euro 4\/5-Schadstoffgrenzwerte f\u00fcr Nutzfahrzeuge kann der DI-Erdgasantrieb eine wirtschaftliche Alternative in relevanten Marktsegmenten darstellen. Die Weiterentwicklung der Systemkomponenten der Erdgaseinbla-sung f\u00fcr ein stabiles Langzeitverhalten ist eine wesentliche Anforderung f\u00fcr eine m\u00f6gliche zuk\u00fcnftige Markteinf\u00fchrung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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