Neuheitliche Zylinderabschaltstrategien fur zukunftige leichte und mittelschwere Dieselmotoren zur Reduktion der Treibhausgas- und Schadstoffemissionen

摘要

Die kontinuierliche Optimierung der Schere zwischen niedrigsten CO_2-und geringsten Schadstoffemissionen ist der zentrale treibende Faktor fur die Entwicklung neuer Technologiepakete fur zukunftige Dieselmotorenkonzepte. Die Zylinderabschaltung bei Dieselmotoren im Nieder-lastbetrieb stellt in diesem Zusammenhang einen neuheitlichen applikativen Ansatz zur gleichzeitigen Verringerung von Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen dar, insbesondere fokussiert auf die NOx-Emissionen. In diesem Zusammenhang stellt Dynamic Skip Fire (DSF) eine fortschrittliche Zylinderab-schalttechnologie dar, bei der die Entscheidung, einen einzelnen Zylinder eines Mehrzylindermotors zu betreiben oder nicht zu betreiben, unmittelbar vor jedem Arbeitszyklus auf Basis vielfaltiger Parameter getroffen wird. Ein mit der DSF-Technologie ausgestatteter Motor verfugt uber die Moglichkeit, Zylindereinheiten von Zyklus zu Zyklus selektiv zu deaktivieren, um den erforderlichen Drehmomentbedarf bei optimaler Kraftstoffeffizienz unter Beibehaltung eines akzeptablen NVH-Verhaltens (Noise, Vibration and Harshness) im dynamischen Alltagsbetrieb zu erreichen. "Dynamic Skip Fire" hat bereits deutliche Verbesserungen des Kraftstoff-verbrauchs bei klassischen Ottomotorkonzepten gezeigt. Dieser Beitrag untersucht die Potenziale der DSF-Technologie zur Verbesserung des Kraft-stoffverbrauchs unter Beibehaltung der extrem niedrigen Abgasemissionen fur unterschiedliche dieselmotorische Anwendungsfalle vor dem Hintergrund realer Fahrszenarien. Mit Hilfe der fortschrittlichen Antriebsstrangsimulationsplattform der FEV wurde ein analytisches Simulationsmodell erstellt, um eine detaillierte und umfassende Matrixstudie uber den Nutzen von DSF fur eine Vielzahl verschiedener Betriebsprofile fur zwei representative Hubraumklassen durchzufuhren. Um das Potenzial dieser Technologie umfassend zu bewerten, wurde zum einen ein moderner 4-Zylinder 2,0-Liter-Dieselmotor fur Anwendungen im Pkw- bzw. LNfz-Segment analysiert. Die Simulationsergebnisse zeigen bei gleichzeitiger Reduzierung der NO_x-Emissionen um mehr als 10% einen CO_2-Vorteil von etwa 5% in einem reprasentativen RDE-Zyklus. Diese Verbesserungen wurden durch einen hoheren Motorwirkungsgrad im Niedriglastbereich mit deaktivierten Zylindern und einer Anpassung der Schaltstrategie an das veranderte Verbrauchskennfeld erzielt. Die Umsetzung dieser Strategien fuhrt auch zu hoheren Abgastemperaturen, was den Konvertierungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems zusatzlich verbessert. Daruber hinaus wurden die ausfuhrlichen Untersuchungen auch auf mittelgrosse Lkw-Anwendungen erweitert, um das Potenzial dieser Technologie bei der Anwendung mit einem typischen 6-Zylinder 8,0-Liter-Dieselmotor aufzuzeigen.