Hybridisierung eines Verbrennungsmotors mit dem Ziel der Emissionsreduzierung
Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein Dieselmotor erzeugt bei einer transienten, also stark schwankenden, Last höhere Stickoxid-(NOx) und Partikelemissionen als in einem stationären Betrieb mit konstanten Lasten. In diesem Forschungsprojekt wurde die Reduktion von Emissionen untersucht, indem die transienten Lastanteile durch ein Hybridmodul aufgebracht wurden. Der Dieselmotor wird so in einem sich langsam ändernden Modus betrieben. Mit einem Tool kann das Hybridmodul ausgelegt und Emissionsreduzierungen berechnet werden. In der Simulation wurden mehrere Motoren und verschiedene Zyklen und Betriebsstrategien untersucht. Nach der Auswertung der Simulation zeigte sich eine starke Abhängigkeit der als optimal ermittelten Größe des Hybridmoduls von dem verwendeten Motor und dem zugrunde gelegten Zyklus. Allgemein wurden in der Auswertung im Vergleich zur Referenz „ohne Hybridmodul“ mehr Hybridmodule schlechter als die Referenz bewertet. Dabei konnten vor allem Partikel-Emissionen reduziert werden. Die NOx-Emissionen und der Kraftstoffverbrauch blieben entweder konstant oder stiegen leicht an. Bei den durch die reduzierten Partikel gut bewerteten Kombinationen war ein wirtschaftlicher Vorteil durch die Nutzung des Hybridmoduls gegenüber der Referenz „ohne Hybridmodul“ nicht gegeben. Die Mehrkosten durch das Hybridmodul überwogen die Minderkosten durch eine kleinere Abgasnachbehandlung. Nur eine Förderung oder andere politische Maßnahmen könnten dieses Konzept aktuell wirtschaftlich interessant machen. Bei der Bearbeitung fiel auf, dass der Aufbau der Verbrennungsmotorsimulation deutlich aufwendiger war, als im Antrag angenommen. Im Antrag als vorhanden angenommene Simulationsmodelle konnten nicht übernommen werden und mussten mit einer sehr spezifischen und neu aufzubauenden Datengrundlage von Grund auf neu erstellt und parametriert werden. Außerdem wurde zu Beginn des Projektes aufgrund von Literaturrecherchen angenommen, dass sowohl NOx- als auch Partikelemissionen durch die Phlegmatisierung reduziert werden können. Diese Annahme konnte nur in Bezug auf die Partikelemissionen bestätigt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Hybridisierung einer Verbrennungskraftmaschine zur Emissionsreduktion. 7. Fachtagung Hybride und energieeffiziente Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen, 20.02.2019, Karlsruhe. In: Geimer, M. und Synek, P.-M. (Hrsg.): Karlsruher Schriftenreihe Fahrzeugsystemtechnik Bd. 67: KIT Scientific Publishing 2019, S. 95-115
Pult, F.; Engelmann, D. und Geimer, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.5445/IR/1000091547) - Phlegmatization of a Combustion Engine for Reduction of Transient Emissions. The Sixteenth Scandinavian International Conference on Fluid Power, 22.-24. Mai 2019, Tampere. In: Huhtala, K.; Tikkanen, S. und Uusi-Heikkilä, J. (Hrsg.): The Sixteenth Scandinavian International Conference on Fluid Power 2019, S. 28-38
Pult, F. und Geimer, M.
- The Use of a Holistic Machine Simulation for the Development of Hydraulic Hybrid Modules to Reduce Transient Engine-Out Emissions. 12th International Fluid Power Conference, 09.-11.03., Dresden. Proceedings 2020
Brinkschulte, L.; Pult, F. und Geimer, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.25368/2020.57)
