Addi-grad–
Automotive-Leichtbau-Strukturen aus Additiver Fertigung mit lokal angepassten Eigenschaften
COOP-Car Projekt "3 for free"
Automotive technology cooperation project on 3-Cylinder 2-Stroke Common Rail Diesel Car
for sustainable mobility by innovative low cost clean diesel powertrain technology
„Coop-Car 3-for-free“ ist ein laufendes Entwicklungsprojekt im Sinne eines Public-Private-Partnership-Projekts, das modellhaft zeigen soll, wie durch gemeinsame Anstrengungen die Erreichung gemeinsamer Ziele auch mit unkonventionelle Lösungsansätze möglich sein kann.
Das selbst gesteckte Ziel der Arbeitsgruppe, die aus einer Vielzahl von freiwillig (ohne Vertragsbindung) beteiligten Industrieunternehmen sowie Hochschulen und Berufsschulen besteht, ist einen fahrfähigen Demonstrations-Pkw mit einem kleinen 3-Zylinder-Zweitakt-Common Rail Dieselmotor zu realisieren, wodurch die Kombination von 2-Takt-Konzept in Verbindung mit modernster Automobiltechnologie neu bewertet werden soll. Die Projektleitung wird von der THM übernommen. Die Durchführung wird ausschließlich durch freiwillige Leistungen und Sachspenden gewährleistet. Die Projektidee wird durch die in den vergangenen Monaten und Jahren in Medien immer wieder aufkommende Frage nach den möglichen Vorteilen (Geräusch, Sparsamkeit, Emissionen, etc.) eines 2-Takt-Motors für moderne Automobile genährt und besitzt gerade im aktuellen „Diesel-Skandal“ besondere gesellschaftspolitische Präsens.
Das technische Ziel des Projektes ist es ein Demonstrations-Fahrzeug mit einem 3-Zyl.-2-Takt-Dieselmotor und vielen anderen Neuentwicklungen aus der modernen Automobiltechnik zu konzipieren und realisieren, welches potentielle Vorteile (Geräusch, Verbrauch, Emissionen) gegenüber herkömmlichen Technologien „erfahrbar“ macht. Dabei sollen vergleichende Messungen auf Rollenprüfständen die Vorteile direkt messbar machen, gleichzeitig soll aber auch das Fahrzeug für Demonstrationsveranstaltungen in der Öffentlichkeit bereitgestellt werden. Die Einbindung von Nachwuchsingenieuren aus den beteiligten Hochschulen bzw. Berufsschulen stellt ein zusätzliches Ziel des Projektes dar. Im Anschluss sind weiterführende (Drittmittel-) Projekte vorgesehen.
Geplante Projektlaufzeit: Sommer 2017 - Sommer 2019.
Projektleitung:
Prof. Dr. Claus Breuer (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!) und Pascal Jaeger (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)
Geplante technische Daten des Fahrzeugs (Ziele):
Projekt-Partnerunternehmen und -schulen:
Visualisierung der Dieseleinspritzung bei modernen Common-Rail-Systemen –
Aufbau einer optischen Analysemethode zur Untersuchung des Hochdruck-Einspritzverhaltens
Gerade in Zeiten der immer strenger werdener Emissionsgesetzgebung gewinnt die Optimierung der Gemischbildung beim Dieselmotor besondere Bedeutung. Dem widmet sich das Labor für Verbrennungsmotoren bereits seit einiger Zeit mit Hilfe eines modernen Systemprüfstands für moderne Common-Rail-Einspritzsysteme. Mit ihm ist es bereits möglich serienmäßige Piezo- und auch Magnetventilsysteme hinsichtlich ihrer Durchflussraten - der so genannten Einspritzverläufe - aber auch der Einspritzzeiten und der Einspritzdauer für Mehrfacheinspritzungen zu analysieren.
Diese Messungen sagen aber noch wenig über die Ausbreitung des Kraftstoffes im realen Brennraum aus. Beeinflusst durch die Düsengeometrie aber auch die Drücke, die Strömungen und die Temperaturen im Zylinder, breiten sich die Kraftstoffstrahlen teilweise sehr ungleichmäßig im Brennraum aus, was wiederum das Betriebverhalten und insbesondere die Emissionen sehr negativ beeinflusst. Daher ist in Erweiterung des bestehenden Prüfstandes eine visuelle Betrachtung der zeitabhängigen Kraftstoffausbreitung in einer mit Gegendruck beaufschlagten Kammer von großem Nutzen für die weitere Optimierung des Systems.
Links in der Abbildung zu sehen, wird von der Common Rail Pumpe auf der Prüfbank Diesel unter einem Druck von bis zu 2500 bar bereitgestellt. Über eine Hochdruckleitung gelangt der verdichtete Diesel zum Injektor, der in der Einspritzkammer montiert ist. Mittels eines Signals vom Steuergerät startet die Einspritzung. Die dickwandig konstruierte (und für eine spätere Beheizung bereits vorbereitete) Einspritzkammer ermöglicht es, den Brennraumdruck nach Verdichtung im Motor zu simulieren. Der Adapter für den Injektor kann so gestaltet werden, dass alle gängigen (Serien)-Injektoren getestet werden können, um später auch Vergleichsuntersuchungen durchzuführen. Gegenüber (oder alternativ seitlich, um die Ausbreitung aus zwei Ebenen erfassen zu können) ist eine High-Speed Kamera (oder alternativ für Einzelbildaufnahmen auch eine herkömmliche Spiegel-Reflex-Kamera) montiert. 90° versetzt dazu wird die benötigte Beleuchtung mittels Hochleistungs-LED-Leuchten montiert. Die Kammer ist mit Stickstoff gefüllt, um eine ungewollte Entzündung des Gemisches sicher zu vermeiden. Die nachfolgnde Darstellung zeigt den prinzipiellen Aufbau.
Erste Aufnahmen wurden mit einer Highspeed-Kamera mit 2000 fps bei einer Auflösung von 1024 Pixel gemacht. Eine höhere Bildrate ist derzeit aufgrund der verfügbaren Kamera noch nicht möglich. Nachfolgend eine Squenz erster Testaufnahmen bei einem Einspritzdruck von 1200 bar und einem Gegendruck von 30 bar:
Ziel des Projektes ist es Parametervariationen (Einfluss der Düsengeometrie, des Einspritz- und Gegendrucks, etc.) systematisch zu untersuchen und so zukünftig genauere Aussagen über die Gemischbildung und damit das Emissionsverhalten des realen Motors zu erhalten. Vorbereitend zur methodischen Auswertung der Kraftstoffausbreitung wurden bereits diverse Auswertungsmethoden erarbeitet und überprüft.
Geplante Projektlaufzeit: Sommer 2019 - Ende 2020.
Projektleitung:
Prof. Dr. Claus Breuer (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!) und Pascal Jaeger (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)
