Branchenweit erstes GDi-System mit mehr als 500 bar Kraftstoffdruck senkt Kraftstoffverbrauch und Partikelemissionen um bis zu 50%
- Vorgestellt auf dem Wiener Motorensymposium (16.-17. Mai): Optimierte Version des bewährten GDi-Systems von Delphi Technologies
- Änderungen am Motor meist nicht erforderlich
- System zur Verwendung von Hochdruck-Erdgas in LKW-Motoren zur Verringerung der CO2-Emissionen
Auf dem Wiener Motorensymposium 2019 (16.-17. Mai) hat Delphi Technologies eine Abhandlung über ein neues GDi-System mit 500 bar und höher vorgestellt. Im Vergleich zum 350-bar-System ist es in der Lage, den Ausstoß von Partikeln um bis zu 50 Prozent zu senken. Kostspielige Modifikationen am Motor sind nicht nötig. Auch die Freisetzung von Partikeln kleiner als 23 nm wird minimiert. Den Fahrzeugherstellern wird so geholfen, zunehmend strengere globale Grenzwerte einzuhalten.
Durch die Reduzierung der Motor-Rohemissionen werden die Abgasemissionen bereits in der entscheidenden Phase vor dem Anspringen des Katalysators verringert, was den Bedarf an kostspieligen Nachbehandlungssystemen verringert. Die Emissionen bei vorgeschriebenen Testmessungen einschließlich der RDE-Messung (Real Driving Emissions) sinken.
Schon Ende 2016 nahm Delphi Technologies die Produktion seines branchenweit ersten 350-bar-GDi-Systems auf, das die Abgaspartikel im Vergleich zum 200-bar-Industriestandard um bis zu 70% verringert.
„Der Markt hat seit langem erkannt, dass ein höherer Einspritzdruck von mehr als 500 bar Partikelemissionen, CO2-Ausstoß und Kraftstoffverbrauch substanziell senken kann“, so Walter Piock, Entwicklungsleiter für Benzin-Verbrennungssysteme bei Delphi Technologies.
Die Herausforderung bestand darin, einen derart hohen Druck zu erzeugen, ohne die Antriebsbelastung der Pumpe zu erhöhen. Da die GDi-Pumpe bei den meisten Motoren über die Nockenwelle angetrieben wird, wäre bei einer konventionellen Herangehensweise eine kostspielige Umgestaltung und Verstärkung des Nockenwellenmechanismus nötig gewesen.
„Durch die Entwicklung eines innovativen internen Abdichtungssystems für unsere ‚GFP3 500+‘-Pumpe konnten wir in bestimmten Applikationen einen kleineren Kolbendurchmesser verwenden und so eine höhere Last im Antriebsmechanismus verhindern“, so Piock.
Das neue Delphi Technologies System ermöglicht Motorenentwicklern also, Einspritzdrücke von über 500 bar zu nutzen, ohne dass bei der Mehrzahl der vorhandenen Nockenwellenantriebe kostspielige Modifikationen erforderlich wären. Das macht das 500+ bar Kraftstoff-Einspritzsystem zu einem wichtigen Baustein bei der Realisierung künftiger gesetzlicher Ziele zur Verbesserung der Luftqualität in Städten sowie zur Verringerung der Treibhausgasemissionen.
Piock weiter: „Im Vergleich zu den herkömmlichen 200-bar-Systemen reduziert unser GDi-System mit 350 bar die Abgaspartikel um bis zu 70 Prozent. Mit unserem neuen GDi-System 500+ bar gehen wir nochmals einen Schritt weiter, um diese Emissionen im Vergleich zum 350-bar-System um bis zu 50 weitere Prozent zu reduzieren.“
Delphi Technologies hat alle Komponenten für das neue 500+ bar-System entwickelt, einschließlich Multec 16 Injektoren, Pumpen, geschmiedeten Kraftstoff-Verteilerleisten sowie dem zugehörigen Motorsteuergerät inklusive Software. Diese Komponenten verbessern die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit nochmals. Auch sind sie mit den aktuellen Einbauvorrichtungen kompatibel und erfordern keine oder nur geringfügige Änderungen an bestehenden Motoren. Das 500+ bar-System könnte ab 2022 in Produktion gehen.
Hochdruck-Erdgas-Einspritzung für schwere Nutzfahrzeuge
In einem zweiten Beitrag, den Delphi Technologies gemeinsam mit Westport Fuel Systems veröffentlicht hat, befassen sich beide Unternehmen mit der innovativen Westport Hochdruck-Direkteinspritzung HPDI 2.0TM. Das fortschrittliche System reduziert die („Tank To Wheel“) TTW-CO2-Emissionen bei schweren Nutzfahrzeugen durch den Einsatz von Hochdruck-Erdgas: Das bereits im Einsatz befindliche Einspritzsystem ermöglicht eine Reduzierung der CO2-Emissionen um bis zu 20 Prozent. Bei der Verwendung von Biogas kann dieser Wert auf fast 100 Prozent steigen.
Weltweit werden Strategien zur Verringerung der CO2-Emissionen umgesetzt. Im April 2019 traten in der EU neue Vorschriften in Kraft. Sie verpflichten die Hersteller von LKWs dazu, die durchschnittlichen CO2-Emissionen pro LKW gegenüber dem Jahr 2019 bis 2025 um 15% und bis 2030 um 30% zu reduzieren. Das Westport-Einspritzsystem HPDI 2.0TM lässt sich in Dieselmotoren und LKWs aktueller Generation mit nur geringfügigen Änderungen installieren und ermöglicht Fahrzeugherstellern, ihre aktuellen LKWs mit den bis 2029 geltenden EU-Vorschriften in Einklang zu bringen. Eine proprietäre Steuerventil-Strategie von Delphi Technologies erlaubt dabei die gezielte Einspritzung einer kleinen Dieselmenge, gefolgt von einer umfangreicheren Erdgas-Haupteinspritzung durch die neue dual-konzentrische Nadeldüse von Westport.
Die einzelnen Diesel Pilot-Einspritzstrahlen entzünden sich selbst und bilden so mehrere räumlich verteilte Zündquellen, was eine gleichmäßige Entflammung der Erdgasstrahlen gewährleistet. Die Verbrennung von Erdgas erfolgt vorwiegend ohne Vormischung. Motorklopfen wird vermieden und das Kompressionsverhältnis des Dieselmotors kann beibehalten werden. Da das Erdgas nicht vorgemischt wird, wird die Last wie bei einem herkömmlichen Dieselmotor durch eine einfache Drosselung des Kraftstoffdurchsatzes gesteuert. Eine Teillastdrosselung ist nicht erforderlich.
„Die Verbrennung von Erdgas in einem Dieselverbrennungszyklus liefert die gleiche Leistungsdichte und Verbrennungseffizienz wie ein herkömmlicher Dieselmotor“, stellt James Kewley, Entwicklungsleiter für Diesel-Einspritzsysteme und ICE Komponenten bei Delphi Technologies, fest.
„So lässt sich das geringere CO2-Potenzial von Erdgas nutzen, ohne die Nachteile einer Umstellung auf das Ottoverfahren in Kauf zu nehmen. Das wird den Fahrzeugherstellern dabei helfen, den immer strengeren Vorschriften gerecht zu werden – insbesondere, da der Druck zur Reduzierung von CO2-Emissionen im LKW-Bereich weiter zunimmt.“
Quelle: Delphi Technologies
