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Wie ein Wasserspritzer die Motoreffizienz verbessern kann

Die Verdünnung des Brenngemischs mit Wasser oder mit mehr Luft stellt nur zwei Möglichkeiten dar, wie Forschende die Effizienz von Fahrzeugen steigern.

Verkehr und Mobilität

Einen Motor mit Wasser zu betreiben erscheint ungewöhnlich, ist jedoch nur eine der Innovationen, die für die nächste Generation von Straßenfahrzeugen entwickelt werden. Elektrofahrzeuge werden immer häufiger ein vertrauter Anblick in Städten und helfen bei der Bewältigung des Klimawandels. Die meisten Menschen sind jedoch bei längeren Überlandfahrten weiterhin auf mit Benzin betriebene Fahrzeuge angewiesen. Das Projekt PaREGEn geht dieses Problem an, indem es aus herkömmlichen Verbrennungsmotoren eine noch höhere Effizienz herausholt. „Das Projekt arbeitete mit zwei Prototyp-Motoren, von denen einer in einem Jaguar XE, und der andere in einer Mercedes E-Klasse lief“, erklärt Simon Edwards, PaREGEn-Koordinator des Ingenieurbüros Ricardo. Ein Konsortium aus siebzehn Industrie- und Forschungseinrichtungen arbeitete in diesem Projekt zusammen und konzipierte Modellierungstechniken sowie Komponenten, um eine neue Generation hocheffizienter Motoren mit Kraftstoffeinspritzung zu entwickeln.

Sauberer und umweltfreundlicher

Den Projektpartnern ist es gelungen, im Einklang mit den kommenden Euro 6 RDE-Normen für Emissionen im praktischen Fahrbetrieb, sowohl die Kohlendioxidemissionen ohne Leistungsverlust um 15 % zu verringern, als auch die Anzahl der Teilchen von 10 auf 23 nm im Abgas des Fahrzeugs zu reduzieren. Um dies zu erreichen, wurde der Motor von Jaguar Land Rover auf einen sehr mageren Verbrauch eingestellt, mit einem hohen Anteil an Luft im Brenngemisch. Dieser Prozess ist als Trockenverdünnung bekannt. Für den Mercedes-Motor wurde jedoch eine ganz andere Lösung gewählt. „Wir haben ihn mit Wassereinspritzung betrieben, wodurch die Ladung, die zur Verbrennung in den Motor gelangt, verdünnt wird“, erklärt Edwards. „Das Wasser half uns dabei, den Wirkungsgrad des Motors zu steigern.“ Wassereinspritzung ist derzeit selten außerhalb von Hochleistungsfahrzeugen, aber Edwards bestätigt, dass die von PaREGEn entwickelte Technologie auch bei Fahrzeugen angewendet werden kann, die heute auf der Straße unterwegs sind. Zusätzlich zu diesen Innovationen entwickelte das Konsortium viele neue Komponenten, insbesondere im Zusammenhang mit der Kontrolle von Abgasemissionen und unter Verwendung von neuen Katalysatoren und Filtertechnologien. „Äußerlich unterscheiden sich die Fahrzeuge nicht, obwohl die Steuerungssysteme verschieden sind und auch die Motorhardware, Einspritzdrücke, Turboaufladung und Nachbehandlung sich verändert haben“, fügt Edwards hinzu.

Virtueller Motor

Die größte Überraschung, merkt er an, sei die Entwicklung eines validierten Computermodells gewesen, das vorhersagen kann, wie sich Änderungen an der Motorkonstruktion auf Partikelemissionen auswirken können – eine Weltneuheit auf diesem Gebiet. Dies hat zu einem innovativen, virtuellen Benzinpartikelsensor geführt, der nun für andere Unternehmen in der Branche anwendbar und verfügbar ist. Das Projekt wurde im Rahmen des EU-Programms „Horizont 2020-TRANSPORT“ finanziert. „Diese Unterstützung ermutigte alle Partner ihre Kräfte zu bündeln, sich auszutauschen und sich gegenseitig zum Wohle der Branche und der Gesellschaft als Ganzes zu motivieren“, so Edwards. PaREGEn’s Prototyp-Motoren mussten den Technologie-Reifegrad der Stufe 7 erfüllen, d. h. es wurde nachgewiesen, dass sie in einem Fahrzeug in einer realen Umgebung funktionieren. Edwards betont, dass diese Innovationen durchaus bis 2030 auf dem breiten Markt erscheinen könnten. Sollten die Innovationen des Projekts auf alle mit Benzin betriebenen Leichtfahrzeuge angewandt werden, würde die Zahl der emittierten Partikel im Vergleich zu 2015 schätzungsweise um 10 % und die Kohlendioxidemissionen um 10 Mio. Tonnen pro Jahr sinken.

Schlüsselbegriffe

PaREGEn, Motor, Auto, Wasser, Effizienz, Fahrzeug, Klima, Kohlendioxid

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