Der neue Euro VI. Erdgasmotor G936NGT. für mittelschwere Nutzfahrzeuge. von Mercedes-Benz

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1 Der neue Euro VI Erdgasmotor G936NGT für mittelschwere Nutzfahrzeuge von Mercedes-Benz Vortrag von: Iona Warneboldt & Jannik Grimm

2 Gliederung Motivation Motorkonzept Motorauslegung Brennverfahren Kolbengeometrie Optische Untersuchung an einem Transparentaggregat Prinzipdarstellung des Gaspfades Gemischaufbereitung Aufladung Sensorik/Mechanik Kundennutzen Fazit 2

3 Motivation CO2 Emissionen reduzieren CO2 - Emission bezogen auf Energiegehalt bei vollständiger Verbrennung (CNG = komprimiertes Erdgas) Geringeres Verbrennungsgeräusch 3

4 Motivation Wachsender Preisvorteil gegenüber konventionellen fossile Kraftstoffen GGE = Gasoline Gallon Equivalent CNG = komprimiertes Erdgas Gründe Massive Erdgasfunde in den letzten Jahren Vermehrte kommerzielle Nutzung der Vorkommen (vor allem USA -> Fracking) Staatliche Förderungen erneuerbarer Energien -> Biogas Zielgruppe: umweltbewusste Kunden kommunalen Anwendung 4

5 Motorkonzept Ein neuer Erdgasmotor (Euro 6) als Nachfolger von zwei Vorgänger- Erdgasmotoren (Euro 5) Änderung des Drehmomentes fällt jeweils überproportional günstiger aus (verglichen mit der Relation des Hubvolumens) 5

6 Motorkonzept Entwicklung der Gasvariante M936NGT auf Basis des Dieselmotors OM936 (Reihensechszylinder) Ziel möglichst viele Bauteile des Dieselmotors OM936 übernehmen Vorteile Kostenreduktion Vereinheitlichung der Schnittstellen & Außenmaße Hüllkurve des OM936 wurde eingehalten, sodass Motor potentiell in alle Fahrzeuge passt, die bereits die Dieselvariante verbauen 6

7 Motorkonzept M936NGT erfüllt gleiche Zielwerte wie der Dieselmotor geometrische & leistungsseitige Austauschbarkeit 7

8 Motorkonzept Grundlegende Geometrie von Zylinderblock und Zylinderkopf nicht verändert Diesel-spezifische Bauteile entfernt Bauteile angepasst auf Erdgas- Betrieb Herausforderung durchs Packageing : Integration des Vorkatalysators -> musste direkt im Bauraum hinter der Turbine integriert werden 8

9 Motorauslegung Vorgänger Modelle: M936NGT: Euro 5 zertifiziert Magerkonzept und Luftüberschuss mit aktivem SCR- System zur NOx- Nachbehandlung um Euro 6 zu erfüllen Stöchiometrische Verbrennung mit Dreiwegekatalysator Nachteil λ-1-betrieb: höhere Abgas- und Bauteiltemperaturen Lösungen: Abgasrückführung (AGR) Miller-Ansatz Ladeluftkühlung hohe Ladungsbewegung 9

10 Brennverfahren Miller-Ansatz: eigens angepasst für konzeptionelle Anforderung des stöchiometrischen Betriebes und bauliche Gegebenheiten des Dieselmotors Prinzip: kleineres Einlassvolumen (durch veränderte Einlasssteuerzeiten) ohne Leistungseinbuße möglich durch Aufladung! Erklärung: kein Luftüberschuss nötig (λ-1-betrieb) Teil der Kompression wird auf die Aufladung verlagert (-> gleiche effektive Zylinderfüllung) 10

11 Motorauslegung Erfolg: Reduzierung der Abgastemperatur nach Motor Zylinderkopftemperatur Kompressionsendtemperatur Spitzentemperatur der Verbrennung Weiterer Effekt: geringeres Temperaturniveau begünstigt Bauteilhaltbarkeit gegen Wärmebelastung Klopfverhalten 11

12 Kolbengeometrie hohe Ladungsbewegung bzw. Turbulenz für Brennverfahren erforderlich -> Dieselmotor bereits mit Drallbrennverfahren -> Ladungsbewegung durch Drall Kolbenmulde kombiniert mit Quetschspalt Kolbenrohling vom Dieselmotor verwendet Drallströmung wird zwischen Zylinderkopfboden und Quetschspalt in Brennraummitte gedrängt 12

13 optische Untersuchungen an einem Transparentaggregat hohe Turbulenz & gute Homogenität homogene und rasche Flammausbreitung hohe Geschwindigkeit des Durchbrands und der Wärmefreisetzung 7 Kurbelwinkel nach Zünd-OT 12 Kurbelwinkel nach Zünd-OT 13

14 Prinzipdarstellung des Gaspfades 1. Gasdruckregler 2. Eingasventile 3. Gasmischer 4. Verdichter 5. Drosselklappe 6. AGR-Mischer 7. Ladeluftgehäuse 8. AGR-Ventil 9. Wastegates 10. Katalysatoren Prinzipdarstellung des Gaspfades 14

15 Gemischaufbereitung Im Vergleich zu Dieselversion natürlich komplett neu Luftstrom wird hinter Verdichter gekühlt Gasmischer vor AGR-Mischer Gekühlte, externe Hochdruck Abgasrückführung Ziel der Auslegung: Homogene Durchmischung und gleichmäßige Zylinderfüllung von Gasgemisch 15

16 Aufladung Massenstrom im Vgl. zu Dieselmotor sign. kleiner neue Auslegung auf Verdichter- und Turbinenseite Asymmetrisches Turbinengehäuse mit fester Turbinengeometrie Zwei Fluten (AGR-Flut & Lambda-Flut) AGR-Flut ist verengt und staut Abgas vor Turbine für AGR auf Lambda-Flut gewährleistet Turbinenleistung Beide Fluten jeweils eigenes Wastegate einfachere Regelung, da AGR-Rateneinstellung von Ladedruckeinstellung entkoppelt Asymetrischer Turbolader 16

17 Sensorik/Mechanik Für Ottomotor stark veränderte Sensorik Ergänzung um Klopfsensor Direkt hinter Turbine Lambdasonde (wichtig für Drei-Wege-Katalysator) Mechanik Weitgehend Teile von Dieselmotor übernommen nur sicherstellen, dass Beanspruchung durch Gaskonfiguration nicht über der von Diesel liegt Temperaturbeanspruchung durch beschriebenes Brennverfahren und Turboladerauslegung verringert Spitzendruck im Zylinder sowieso deutlich geringer 17

18 Kundennutzen Deutlich verbesserte CO 2 Bilanz CO2- Emissionsvorteil der NGT- Variante im Vergleich zum 220 kw Dieselmotor in % 18

19 Kundennutzen Geräusch Dynamik Geräuschlevel Vergleich der Gas- zur Dieselvariante der Baureihe 936 Vergleich des Anfahrverhaltens in Testfahrzeugen mit 22t Ausladung 19

20 FAZIT Entwicklungsziel wurde erreicht 20

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