Emissionsarme und wirtschaftliche Schiffsmotoren für die Zukunft Arbeiten bei MAN B&W im Rahmen des HERCULES-Projektes

Transkript

1 Emissionsarme und wirtschaftliche Schiffsmotoren für die Zukunft Arbeiten bei MAN B&W im Rahmen des HERCULES-Projektes Vortrag auf der STG-Hauptversammlung 2005 Peter Eilts. 2004/10/21 <1>

2 Übersicht Task 1.2 Thermodynamics of engines with extreme design parameters Task 2.2 Emission formation simulation Task 3.2 Intelligent Turbocharger Task 4.2 Hot Engine Task 6.2 Humidification methods Task 7.2 Emission reduction methods (Internal external exhaust gas recirculation and particulates) Task 8.2 New measurement methods Task 9.2 Tribo optimization Task 11.2 Intelligent Engine 2004/10/21 <2>

3 Task 1.2: Thermodynamics of engines with extreme design parameters Ziele: Untersuchung des Betriebs bei gegenüber dem heutigen Stand deutlich erhöhter spezifischer Leistung. Erarbeitung von konstruktiven Lösungen zur Beherrschung der daraus resultierenden Belastungen Zielwerte: Zweitakt: c m = 10 m/s, p me = 23 bar, p max = 200 bar Viertakt: c m = 12 m/s, p me = 30 bar, p max = 250 bar 2004/10/21 <3>

4 Task 1.2: Thermodynamics of engines with extreme design parameters Wassergekühltes Versuchsventil 2004/10/21 <4>

5 Task 1.2: Thermodynamics of engines with extreme design parameters Temperaturverteilung im Serienventil Max. Temp. 665 C 2004/10/21 <5>

6 Task 1.2: Thermodynamics of engines with extreme design parameters Temperaturverteilung im wassergekühlten Ventil Max. Temp. 515 C am Rand Tellermittentemperatur unter 400 C 2004/10/21 <6>

7 Task 2.2: Emission formation simulation Ziele: Entwicklung von 3D CFD-Modellen für die Berechnung der Einspritzstrahlausbreitung, der Gemischbildung, der Verbrennung und der Schadstoffbildung Einbeziehung detaillierter reaktionskinetischer Modelle Validierung der Rechenmodelle an einer großen Zahl von Motormessungen 2004/10/21 <7>

8 Task 2.2: Emission formation simulation Verteilung des Luftverhältnisses bei 30 KW n. OT 2004/10/21 <8>

9 Task 3.2: Intelligent Turbocharger Ziele: Untersuchung zukünftiger Aufladekonzepte Variable Turbinen- und Verdichtergeometrie Leistungsein- und -auskopplung Mehrstufige Aufladung 2004/10/21 <9>

10 Task 3.2: Intelligent Turbocharger Leistungsein- und -auskopplung Verbessertes Teillastverhalten Schnellere Lastaufnahme Niedrigerer Kraftstoffverbrauch Entfall der Hilfsgebläse 2004/10/21 <10>

11 Task 3.2: Intelligent Turbocharger Zweistufige Aufladung (Versuchsaufbau) Höhere Leistungsdichte möglich Ausgeprägtere Anwendung des Miller-Verfahrens möglich niedrigere NO x -Emission Niedrigerer Kraftstoffverbrauch Bei Anwendung entsprechender Regeleingriffe verbessertes Teillastverhalten und schnellere Lastaufschaltung 2004/10/21 <11>

12 Task 3.2: Intelligent Turbocharger Betriebswerte mit zweistufiger Aufladung be in g/kwh /40 1-stufig 32/40 2-stufig EPA/Tier 2 IMO be in g/kwh /40 1-stufig 32/40 2-stufig NOx in g/kwh Leistung in % 2004/10/21 <12>

13 Task 6.2: Humidification Methods Ziele: Untersuchung feuchter Methoden zur NOx-Reduzierung Entwicklung des Common Rail Systems für den Einsatz von Kraftstoff-Wasser-Emulsion und Optimierung des Emissionsverhaltens (Viertakt) Entwicklung eines kommerziell attraktiven Luftbefeuchtungssystems einschließlich Felderprobung (Zweitakt) 2004/10/21 <13>

14 Task 6.2: Humidification Methods Prinzip des HAM-Systems (Humid-Air-Motor) Befeuchtung der Ladeluft vergrößert die Wärmekapazität und senkt den Sauerstoffgehalt der Ladeluft HAM System Das resultiert in niedrigeren Verbrennungstemperaturen Damit ergibt sich eine niedrigere NO x - Emission 2004/10/21 <14>

15 Task 6.2: Humidification Methods Verdichteraustritt compressor outlet Seawater Seewassereindüsung injectors Scavening Air Moistening (SAM) System Freshwater Frischwassereindüsung injectors WAG WMC separator Wasserabscheider Seewasserablauf Sea water Frischwasserablauf 2004/10/21 <15>

16 Task 6.2: Humidification Methods SAM System im Vergleich zur konventionellen Anordnung Verdichter Gehäuse (Austritt vertikal gedreht) Diffusor und SW-Spray Übergangsstück mit Befeuchtung S-Schlag mit SW-Abscheidung FW-Stufen 2004/10/21 <16>

17 Task 6.2: Humidification Methods % PM HC SAM Ergebnisse bei Volllast CO NO x zero half full Absolute humidity (vol./vol.) of scavenge air (%) 2004/10/21 <17>

18 Emissionsarme und wirtschaftliche Schiffsmotoren für die Zukunft Arbeiten bei MAN B&W im Rahmen des HERCULES-Projektes Zusammenfassung: Im Rahmen des integrierten EU-Projekts HERCULES befasst sich MAN B&W Diesel mit Arbeiten zur Verbesserung des Wirkungsgrades und der Emissionen von Schiffsdieselmotoren. Es wurden beispielhaft Ergebnisse vorgestellt aus den Bereichen: - Hohe Leistungsdichte - Verbrennungssimulation - Aufladung - Emission 2004/10/21 <18>