HDV-DME-PartLoad – Effizienter Teillastbetrieb von DME Motoren für schwere Nutzfahrzeuge

Résumé

Erneuerbares Dimethylether (DME) kann in grossen Mengen wirtschaftlich hergestellt werden, die Treibstoffindustrie ist auf diesem Gebiet aktiv. DME kann daher, speziell zur Dekarbonisierung von Lastanwendungen, ein wichtiger Treibstoff werden. In einem Vorgängerprojekt wurde ein Motor für schwere Fahrzeuge erfolgreich für DME optimiert. Aufgrund der chemischen Struktur von DME und einer guten Auslegung der Diffusionsverbrennung wurden hohe Effizienzen sowie tiefe Schadstoffemissionen erreicht. Abgasnachbehandlung war lediglich für NOx notwendig. Bei Betrieb unter Teillast ist allerdings das Abgastemperaturniveau zu tief für die SCR Katalyse. Um dieses Problem zu umgehen, wird im Dieselbetrieb klassischerweise die Abgastemperatur künstlich erhöht, was einer absichtlichen Reduktion der Motoreffizienz gleichkommt. Für DME existiert ein Weg, welcher für Diesel nicht funktioniert: die low-NOx Verbrennung mittels partieller Vormischung. Dies soll in diesem Projekt untersucht werden.

Textes supplémentaires

Schlussbericht

Im Rahmen dieses Projekts wurde der Betrieb eines mit DME betriebenen Schwerlastmotors mit teilvorgemischter Ladung und Kompressionszündung (PCCI) bei niedrigen Lastbedingungen untersucht. Die Studie ergänzt die in einem Vorgängerprojekt [1][2] durchgeführten Untersuchungen, bei denen hauptsächlich hohe Lastbedingungen - typisch für den Betrieb schwerer Nutzfahrzeuge - mit hervorragenden Ergebnissen untersucht wurden. Bei niedrigeren Lasten ergeben sich Schwierigkeiten aufgrund der niedrigen Temperatur-Dosiergrenze des Abgasnachbehandlungs­systems. Um dieses Problem zu lösen, wurde der PCCI-Betrieb mit spätem Einspritzbeginn (SOI) und hohen Abgasrückführungsraten (AGR) untersucht. Die gewählte Strategie zeigt deutlich, dass eine hohe AGR in Kombination mit einer späten SOI deutlich geringere Verbrauchseinbußen ermöglicht als der konventionelle Abgasklappenbetrieb. Darüber hinaus können hohe AGR-Raten die Kraftstoffeffizienz in bestimmten Niedriglast-/Leerlaufzuständen aufgrund geringerer Pumpverluste sogar verbessern. Geringere NO x -Emissionen am Motorausgang bedeuten auch geringere Auspuffemissionen während der Warmlaufphase bis zur Aktivierung des SCR-Systems. Schliesslich ermöglichen die höheren Außentemperaturen des Motors die Dosierung des Reduktionsmittels für die selektive katalytische Reduktion (SCR, w/AdBlue), so dass die Euro 7- und Tier 5-Vorschriften mit einem Euro 6-ähnlichen Nachbehandlungssystem erreicht werden können, wahrscheinlich sogar ohne DPF. Weitere Verbesserungen im Hinblick auf den Kompromiss zwischen NO x und THC/CO bei instationären Bedingungen sind mit einer ausgefeilteren AGR-Regelung möglich, während gleichzeitig der Kompressorstoss bei Lastabnahme minimiert werden könnte. Die numerischen Ergebnisse unterstützen die experimentellen Erkenntnisse und zeigen, dass für die untersuchten Bedingungen eine gute bis gute Übereinstimmung in Bezug auf Druckverläufe und Wärmefreisetzungsraten und sogar Emissionen zu erkennen ist. Angesichts der extrem geringen Reaktivität der untersuchten Bedingungen, insbesondere bei den sehr späten Einspritzzeitpunkten, kann die numerische Plattform dennoch als vielversprechend für die Untersuchung weiterer Betriebsstrategien angesehen werden.

Détails du projet

Office de recherche
BFE
Statut du projet
Abgeschlossen
Type de projet
Forschungsprojekt
Date de début
2022-07-31
Date de fin
2023-11-29
Coûts totaux approuvés
CHF 65000.00
Section
Verbrennungsbasierte Energiesysteme
Domaine politique NABS
Erzeugung, Verteilung und rationelle Nutzung der Energie

Catégories

Advanced combustion engines Verbrennung Anwendungsorientierte Forschung Nachweis der Funktionstüchtigkeit einer Technologie Prototyp in Einsatzumgebung

Labels

F+E Verbrennung