[Zurück]

C. Granitz:
"Alternative Nebenaggregate-Architektur zur Effizienzsteigerung am Nfz-Dieselmotor";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): H. Eichlseder, B. Geringer; Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik | Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik(IFA), 2020.

Die Einführung einer C02-Gesetzgebung für Nfz impliziert die Umsetzung von Technologien, mit denen die geforderte Reduzierung von 30 % bis 2030 ausgehend vom Basisjahr 2019 eingehalten werden kann. Infolgedessen wurde die vorliegende Dissertation mit dem Ziel der Validierung einer alternativen Nebenaggregate-Architektur am Nfz-Dieselmotor hinsichtlich einer Effizienzsteigerung durchgeführt.

Als Versuchsträger diente ein Sechszylinder-Reihendieselmotor mit 12.4 L Hubraum und 324 kW Nennleistung. Dieser Motor besitzt in der Serienkonfiguration. wie sie am Prüfstand aufgebaut wurde, eine mechanische Kühlmittelpumpe sowie einen über eine Stirnradstufe starr gekoppelten Luftpresser. Zudem ist das Kühlsystem in einen Hochtemperatur- und einen Niedertemperatur Kreislauf geteilt, die serienmäßig hydraulisch miteinander verbunden sind.

Das Ziel der Arbeit war es. eine weitestgehende Entkopplung der Nebenaggregate von der Motordrehzahl zu erreichen, um einen Freiheitsgrad in der Betriebsweise der Komponenten zu erhalten. Die Bereitstellung der Druckluft wurde dazu mittels Luftpresser sowie mit einer innennotorischen Drucklufterzeugung über ein Luftentnahmeventil untersucht. Beide Varianten wurden am Motorprüfstand getestet sowie auch in ein thermodynamisches Motormodell implementiert. Beim Vergleich der beiden Varianten untereinander und mit einem elektrischen Luftpresser zeigte sich, dass der mechanische Luftpresser mit Kupplung den niedrigsten spezifischen Energiebedarf im Förderbetrieb aufweist. Zudem wurde das Kühlsystem des Motors unter Einsatz elektrischer Kühlmittelpumpen adaptiert. Dazu wunden eine 12-V-Pumpe im Niedertemperatur-Kreislauf und zwei 48-V-Pmnpen im Hochtemperatur-Kreislauf appliziert. Die zusätzlichen Freiheitsgrade in der Ladeluftkühlung im Thermomanagement sowie in der Antriebsleistung führten zu deutlichen Kraftstoffeinsparungen vor allem im städtischen Verteilerverkehr. Zusätzlich wurde auf Basis von Simulationen der Einsatz einer elektrischen Lenkhilfepumpe untersucht und der mechanischen Variante gegenübergestellt. Damit konnte der bedarfsgerechte Betrieb der Nebenaggregate um eine wesentliche Komponente erweitert werden. Im Zuge der vorliegenden Dissertation wurde die Steigerung des effektiven Wirkungsgrades unter Einsatz eines bedarfsgerechten Betriebs der Nebenaggregate untersucht und bewertet. Im Vergleich zur konventionellen Architektur konnte somit eine Wirkungsgradsteigerung um 4.1 % in einem repräsentativen stationären Betriebspunkt sowie eine Kraftstoffeinsparung von 3 % m einem Fahrzyklus erreicht werden.

The introduction of a C02 legislative for commercial vehicles entails the implementation of technologies, which enable the required reduction of 30 % until 2030 from the base year 2019. Consequently, the underlying doctoral thesis aims for a validation of an alternative auxiliary architecture on a heavy-duty diesel engine with respect to an increase in efficiency. A six-cylinder in-line diesel engine with a displacement volume of 12.4 L and 324 kW rated power served as a test carrier. This engine has a mechanical water pump in its series application, as it was set up on the engine dynamometer, as well as an air compressor, which is rigidly coupled via a spur wheel. Moreover, the cooling system consists of a high temperature and a low temperature circuit, which are hydraulically connected in series.
The aim of the work was to decouple the auxiliaries from the engine in order to achieve an additional degree of freedom in the operation of the component. The supply of compressed air was therefore investigated with an air compressor and additionally with a motor-intern air compression through an air-extraction valve. Both variants were tested on the engine dynamometer and also implemented in a thermodynamic engine model. The comparison of the variants to one another and with an electrically driven air compressor showed that the mechanical air compressor with a clutch has the lowest specific energy demand in delivery mode. Furthermore, the cooling system of the engine was adapted due to the utilization of electric water pumps. For this purpose, a 12-V-pump was applied in the low temperature circuit and two 48-V-pumps were arranged in the high temperature Circuit. The additional degrees of freedom in charge air cooling, thermal management as well as the drive power lead to a significant reduction of fuel consumption especially in urban delivery traffic. Moreover, the application of an electric power-steering pump was investigated on the basis of simulation and compared to the mechanical standard pump. Therefore, the demand-controlled operation of the auxiliaries could be extended over a further essential component.
In the course of the underlying thesis, the increase in effective efficiency through the application of demand-controlled auxiliaries was investigated and validated. Compared to the conventional auxiliary architecture an efficiency increase of 4.1 % in a representative stationary load point as well as a reduction in fuel consumption of 3 % in a driving cycle could be achieved.