HCCI-Motor der MTU Baureihe 1600 mit extrem niedrigen Abgasemissionen im gesamten Motorkennfeld
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- Ida Eberhardt
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1 HCCI-Motor der MTU Baureihe 1600 mit extrem niedrigen Abgasemissionen im gesamten Motorkennfeld Folie 1
2 Inhalt 1. Einleitung & Randbedingungen 1. Anwendungsgebiete 2. Abgasgesetzgebung 3. Kraftstoffszenario 2. HCCI 1. Funktionsprinzip 2. Selbstzündungsbedingungen 3. Dual-Fuel-HCCI 1. Eigenschaften Benzin & Diesel 2. Duel-Fuel-Betrieb 3. Betriebsverhalten 4. Emissionen 4. Zusammenfassung Folie 2
3 Einleitung & Randbedingungen Anwendungsgebiet: Off-Highway Quelle: HCCI-Motor der MTU Baureihe 1600, MTU Friedrichshafen, 33. Wiener Motorensymposium 2012 Folie 3
4 Einleitung & Randbedingungen Anforderungen an die Off-Highway-Motoren Quelle: Erfüllung künftiger Abgasemissionsvorschriften Lösungen der MTU Friedrichshafen, 31. Wiener Motorensymposium 2010 Folie 4
5 Einleitung & Randbedingungen Abgasgesetzgebung Gesetzgebung limitiert schädliche Bestandteile im Abgas Zukünftig scharfe Begrenzung durch USA-EPA-Tier 4 und EU-4 Abgasgesetzgebung für mobile Anwendungen < 560 kw für USA und Europa Maßnahmen nötig um Abgasemissionsgrenzen einzuhalten Erhöhte Komplexität der Motoren Steigende Kosten Quelle: Abgasgesetzgebung Diesel- und Gasmotoren, VDMA, April 2010 Folie 5
6 Einleitung & Randbedingungen Kraftstoffszenario Steigender Bedarf an höherwertigem Diesel zur Emissionsreduzierung Rel. festes Diesel/Benzin Verhältnis im Raffinerieprozess Steigende Mengen Ethanol-Krafstoffe Quelle: adac.de/tanken, Stand Benzinüberschuss Ottokraftstoff als Alternative für Off-Highway-Motoren 6
7 Homogeneous Charge Compression Ignition HCCI - Homogeneous Charge Compression Ignition Homogenes Luft-Krafstoff-Gemisch (wie beim Ottomotor) Zündung durch Kompression (wie beim Dieselmotor) Quelle: hcci-berlin.com Präsentation Antrieb der Zukunft vom Vorteile Homogene, hochverdünnte Gemische (geringer Sauerstoffanteil) Geringe Ruß- und NOx-Emissionen Kurze Brenndauern hohe Verbrennungsstabilität Guter Wirkungsgrad HCCI durch hohe Druckgradienten auf Teillastbereich beschränkt Potential für PKW-Motoren durch Testzyklen Erweiterung des Kennfeldbereichs bei Industriemotoren notwendig Folie 7
8 Duel-Fuel-Hcci Eigenschaften Benzin & Diesel Eigenschaft: Folgen: Verdampfungstemperatur: Niedrig positiv - Homogene Gemische leicht herzustellen Zündwilligkeit: Gering negativ - Hohe Temperaturen während Kompression erforderlich - Abhilfe: Z.B. Hohe Restgasraten Quelle: Folie 8
9 Duel-Fuel-Hcci Eigenschaften Benzin & Diesel Eigenschaft: Folgen: Verdampfungstemperatur: hoch negativ Zündwilligkeit: hoch positiv - Äußere Gemischbildung nicht möglich und Direkteinspritzung eingeschränkt möglich - Folge: Kondensation an Zylinderwand -> Ölverdünnung - Abhilfe: Verlängerung des Zündverzugs durch hohe Abgasrückführrate Folie 9
10 Duel-Fuel-Hcci Duel-Fuel-Betrieb Homogenes Benzin- bzw. Ethanol-Luft Gemisch (Grundgemisch) Gemischbildung im Saugrohr Zündung durch Einspritzung geringer Mengen Dieselkraftstoff Direkteinspritzung Homogene Dieselverbrennung Steuerung der Verbrennungslage über Einspritzbeginn Folie 10
11 Duel-Fuel-Hcci Duel-Fuel-Betrieb Eigenschaften: schnelle Wärmefreisetzung Verdünnung der Zylinderladung zur Vermeidung unzulässig hoher Druckgradienten Niedrige Ladungstemperaturen bei niedrigen Lasten bedingen größere Dieselmengen Folie 11
12 Duel-Fuel-HCCI Betriebsverhalten Charakteristischer Verlauf einer Diesellinie Benzin: 17% geringeres Moment & 14% weniger Leistung Ethanol: Höhere Oktanzahl, daher Grundgemisch weniger Zündwillig und langsamere Verbrennung Folie 12
13 Duel-Fuel-HCCI Emissionen Vorteile Nachteile Bezogen auf EPA / Tier 4 93% weniger NOx 40% weniger Partikel Höhere HC und CO Emissionen als beim Dieselbetrieb Elimination mittels Oxidationskatalysator 13
14 Zusammenfassung Ottokraftstoff als Alternative für Off-Highway-Motoren durch Benzinüberschuss Unterschiedliche Vorteile der Kraftstoffe können in einem Motor genutzt werden Homogenes Benzin- oder Ethanolgrundgemisch das mit geringen Mengen Diesel gezündet wird Hohe Abgasrückführungsraten verhindern unzulässig hohe Druckgradienten Wenig NOx und Partikelemissionen, aber relativ zu Dieselprozess hohe HC und CO Emissionen. Folie 14
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