Projekt 24030/02

Entwicklung eines neuartigen Erdgasmotors durch Kombination von vollvariabler Ventilhubsteuerung und Abgasturboaufladung – Fahrzeugerprobung und weiterführende Verfahrensuntersuchungen

Projektträger

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

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Rahmen der Phase 1 des Gesamtvorhabens wurde auf Basis des aktuellen seriennahen Entwicklungsstandes des Meta VVH- Systems (vollvariable Einlassventilhubsteuerung) ein Ottomotor mit diesem System ausgestattet und mit CNG (Compressed Natural Gas) auf dem Motorprüfstand vermessen. Das VVH- System von Meta reduziert die Drosselverluste des Ottomotors und erhöht den Gesamtwirkungsgrad des Motors. Zusätzlich wurde 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 wurde 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 addieren sich auf eine CO2 Reduzierung von 35 - 40 % gegenüber heutigen Benzinmotoren. 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 der Phase 2 dieses Vorhabens ist es, durch verfahrensspezifische Untersuchungen die Potentiale der Technikkombination im Hinblick auf eine Vermarktung detaillierter zu belegen sowie die in Phase 1 am Prüfstand aufgezeigten Potentiale auch im Fahrzeug darzustellen und so Automobilhersteller für die Umsetzung die-ses Antriebskonzepts zu gewinnen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der hier beantragten Phase 2 wird ein zweiter Motor mit der TVVH-CNG Technologie ausgerüstet, um die oben genannte weiterführende Entwicklung zum Brennverfahren durchzuführen. Parallel hierzu wird ein Versuchsfahrzeug (Golf V) mit einem T-VVH CNG Motor ausgerüstet und einer Applikation unter-zogen, mit der die auf dem Motorprüfstand nachgewiesenen Verbrauchs- und CO2-Potentiale (siehe Bericht Phase 1) im Fahrzeug dargestellt werden können.
Zur Entwicklung eines präsentierfähigen Versuchsfahrzeuges und zur Durchführung der weiterführenden Untersuchungen am TVVH-CNG Motor bedarf es intensiver Steuergeräte Funktionsentwicklung um die Potentiale der auch im instationären Fahrbetrieb des Fahrzeugs nachzuweisen.
Die folgende Vorgehensweise ist vorgesehen:
Fertigung und Beschaffung der notwendigen Komponenten um einen zweiten TVVH-CNG Motor aufzubauen und parallel zum Fahrzeug auf dem Motorprüfstand zu betreiben.
CNG spezifische thermodynamische Untersuchungen zur Absicherung und Vervollständigung des Potentialnachweises.
Weiterentwicklung der Steuergerätefunktionen für den Fahrzeugeinsatz zur Nutzung der Freiheitsgrade durch die Abgasturboaufladung und die vollvariable Ventilsteuerung
Ausführliche Bedatung des Motorsteuergerätes am Motorversuch zur Vorbereitung der Applikation.
Kalibrierung der Fahrbarkeit unter Berücksichtigung der Verbrauchsvorteile
Messfahrten zum Nachweis der in Phase 2 anvisierten Ziele.
Rollenversuch NEDC (Kraftstoffverbrauch / Abgasemissionen)
Reale Fahrzyklen (Kraftstoffverbrauchsmessungen bei Stadt-, Land- und Autobahnfahrten)
Fahrdynamikmessungen zur Darstellung des Downsizing Konzeptes
Verbrauchsmessfahrten mit dem Benchmark Fahrzeug Golf V 2.0 FSI
Das Versuchsfahrzeug steht am Ende des Projektes zur Vorführung im Interesse der DBU bereit. Ein Ziel dieses Vorhabens ist es, durch den Nachweis der Potentiale im Versuchsfahrzeug Automobilherstel-ler für die Umsetzung dieses Antriebskonzeptes zu gewinnen.


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 Technikkombination auf der Tagung Variable Ventilsteuerung, 13.-14. 02.07, Es-sen, Haus der Technik
Ausstellung des Versuchsfahrzeugs auf der Woche der Umwelt im Schloß Bellevue in Berlin 05. 06. Juni 2007 und Präsentation des Fahrzeugs für Bundespräsident Köhler und Umweltminister Gabriel
Ausstellung des Versuchsträgers auf dem Stand der Meta GmbH auf dem 29. Internationalen Wie-ner Motorensymposium, 24.-25. April 2008
Ausstellung des Versuchsträgers auf dem Stand der Meta GmbH auf dem Aachener Kolloquium. 6.-8. Oktober 2008


Fazit

Im Rahmen der Phasen 1 und 2 dieses Projekts wurde das Potential des Erdgasbetriebs mit vollvariabler Ventilhubsteuerung und Turboaufladung eindrucksvoll nachgewiesen. Im NEDC Rollentest mit einem VW Golf konnte ein sehr niedriges CO2-Emissionsniveau von 113 g/km dargestellt werden, ebenso wie ein moderater Verbrauch im realen Fahrbetrieb.

Auch das für die Umsetzbarkeit eines solchen Downsizingkonzepts relevante Anfahrmoment und die allgemeine Fahrbarkeit und Performance des Fahrzeugs entsprechen den Prognosen und bestätigen die Effizienz und Realisierbarkeit dieses Emissionsminderungskonzepts.

Zur vollständigen Bewertung des Konzepts hinsichtlich seiner Marktfähigkeit sind abschließend noch Detailfragen offen, die im Rahmen des bisherigen Projektumfangs nicht untersucht werden konnten. Da-zu gehören der Kaltstart sowie notwendige Eigenschaften eines CNG-spezifsichen Katalysators und Strategien zur Sicherstellung der Light-Off-Temperatur des Katalysators bei Niedriglast.