Projekt 24030/01

Entwicklung eines neuartigen Erdgasmotors durch Kombination von vollvariabler Ventilhubsteuerung und Abgasturboaufladung

Projektträger

Meta Motoren- und Energietechnik GmbH
Kaiserstr. 100
52134 Herzogenrath
Telefon: 02407/9554-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Rahmen des Gesamtvorhabens soll auf Basis des aktuellen seriennahen Entwicklungsstandes des Meta VVH- Systems (vollvariable Einlassventilhubsteuerung) ein Ottomotor mit diesem System ausgestattet und mit CNG (Compressed Natural Gas) betrieben werden. Das VVH- System von Meta reduziert die Drosselverluste des Ottomotors und erhöht den Gesamtwirkungsgrad des Motors. Zusätzlich wird dieser Motor mit einer Abgasturboaufladung zur Erreichung hoher spezifischer Leistung ausgestattet. Die Kombination des VVH- Systems am Ottomotor in Verbindung mit effizienten Downsizing ermöglicht Verbrauchsvorteile von 20-25% gegenüber heutigen freisaugenden Ottomotoren. Zuzüglich wird im Rahmen des Projektes dieser Motor mit Erdgas betrieben, was einen weiteren CO2 Vorteil von bis zu 25% aufgrund des günstigen C/H Verhältnisses mit sich bringt. Die Kombination dieser CO2 reduzierenden Maßnahmen kumulieren sich auf eine CO2 Reduzierung von 35 - 40 % gegenüber heutigen Benzin-motoren. Die Umsetzung einer Verbrauchsreduzierung in dieser Größenordnung beim Ottomotor ist unverzichtbar, um die freiwillige Selbstverpflichtung der Automobilindustrie von CO2-Emissionen kleiner 140 g/km im Flottendurchschnitt zu realisieren. Damit kann der Ottomotor gegenüber dem Dieselmotor nicht nur durch einen vergleichbar geringen Verbrauch, sowohl im Testzyklus als auch in Kundenhand, sondern auch durch seine geringeren NOx- und Partikelemissionen zu einer deutlichen Verbesserung der Umweltbilanz beitragen. Ziel des Vorhabens ist es, durch Aufzeigen der motorischen Potentiale dieser Technikkombination auf dem stationären Motorprüfstand sowie anhand eines Versuchsfahrzeugs Automobilhersteller für die Umsetzung dieses Antriebskonzepts zu gewinnen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der vorliegenden Projektphase 1 soll ein erster Prototyp mit der beschriebenen Technikkombination entwickelt und die Funktionsfähigkeit des VVH- Systems im Erdgasbetrieb dargestellt werden. Die Potentiale hinsichtlich Verbrauch, Emissionen und der Realisierung hoher spezifischer Lasten sollen an einem Versuchsmotor im stationären Betrieb auf dem Prüfstand nachgewiesen werden. Anschließend wird ein Versuchsfahrzeug mit dem Versuchsmotor ausgerüstet, in Betrieb genommen und einer ersten Applikationsabstimmung unterzogen. Diese Phase 1 endet mit dem Nachweis der Potentiale am Prüfstand und der Fahrbarkeit des Fahrzeuges in einer ersten Applikations- Grundabstimmung.
Das Vorhaben wurde wie folgt bearbeitet:
Ÿ Konstruktions- Designloop des VVH- Systems, Fertigung und Beschaffung zur Integration des vollvariablen Einlassventilhubsystem in den Versuchsmotor. Fertigung und Beschaffung geeigneter Aktuatoren, Sensoren, Adapter, Halter, Aufnahmen.
Ÿ Konzipierung und Aufbau der Erdgasbevorratung und -versorgung am Motorprüfstand und im Fahrzeug einschl. Fertigung und Beschaffung notwendiger Sensoren, Adapter, Behälter, Ventile.
Ÿ Konzipierung und Konstruktion der notwendigen Bauteile zur Integration des Abgasturboladers, Fertigung und Beschaffung
Ÿ Aufbau, Erprobung und Funktionsentwicklung einer auf die Technikkombination ausgerichteten Motorsteuerung für den Motorprüfstand und die erste Grundabstimmung des Versuchsfahrzeugs sowie der Option einer späteren Feinkalibrierung.
Ÿ Aufbau, Inbetriebnahme und Funktionstests des Versuchsmotors auf dem Thermodynamikprüfstand sowie Durchführung eines Messprogramms zum Nachweis der Potentiale bei Teil- und Volllast.
Ÿ Aufbau, Inbetriebnahme, Funktionstests, Funktionsentwicklung und Grundbedatung des Fahrzeugs
Eine ggfs. anschließende Phase 2 des Vorhabens hat zum Ziel, die motorischen Potentiale des stationären Prüfstandsbetriebes in den transienten Fahrbetrieb des Versuchsfahrzeuges zu übertragen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Ausstellung des Versuchsträgers auf dem Stand der Meta GmbH auf dem 27. Internationalen Wiener Motorensymposium, 27.-28. April 2006
Vortrag über die entwickelte Technikkombination auf der Tagung Variable Ventilsteuerung, 13.-14. 02., Essen, Haus der Technik


Fazit

Die in dem Vorhaben dargestellten Ergebnisse aus Prüfstandsuntersuchungen und Testzyklusrechnungen zeigen, dass die entwickelte Technikkombination aus vollvariabler Ventilhubsteuerung VVH, Erdgasbetrieb und Abgasturboaufladung eine Reduzierung der CO2 Emissionen um etwa 40% in einem Kompaktklassefahrzeug im Neuen Europäischen Fahrzyklus gegenüber einem leistungsgleichen Benzin-Saugmotor ermöglichen.
Damit kann der Ottomotor gegenüber dem Diesel nicht nur durch einen vergleichbar geringen Verbrauch, sondern auch durch seine geringeren NOx- und Partikelemissionen zu einer deutlichen Verbesserung der Umweltbilanz beitragen.
Zur weiterführenden Bewertung des Konzepts in einer geplanten Phase 2 ist neben einer vertiefenden Untersuchung spezifischer Fragestellungen hinsichtlich Kaltstart- und Kataufheizverhalten, Einfluss unterschiedlicher Gasqualität, sowie Anfahrmoment insbesondere der Aufbau eines Demonstrationsfahr-zeugs sowie der Nachweis der Potentiale im Rollen- und Straßentest sinnvoll.