Rekordeffektivitet for en gasmotor

I slutningen af ​​maj, det sidste møde for "Horizon 2020"-projektet "GasOn" med EU-Kommissionen fandt sted i Bruxelles. Målet med dette EU-projekt var videreudvikling af gasmotorer til person- og varebiler. Omkring 20 partnere deltog, herunder ETH Zürich og Empa samt fire europæiske bilproducenter og velkendte leverandører. Gasdrevne køretøjer udleder generelt mindre forurenende stoffer end benzin- eller dieselbiler. De vil sandsynligvis få betydning i fremtiden på grund af deres mulighed for at blive drevet af vedvarende energi.

Ud over el- og brintdrivlinjer, gasmotorer spiller også en vigtig rolle i det schweiziske kompetencecenter for energiforskning inden for mobilitet ("SCCER Mobility") under ledelse af ETH Zürich. Dette skyldes, at køretøjer drevet af forbehandlet biogas eller syntetisk metan ("e-gas") har meget lav CO ₂ emissioner. Syntetisk metan produceres af vedvarende overskydende elektricitet og CO ₂ . Forbehandlet biogas og syntetisk metan kan blandes efter ønske og, med op til 130 oktan, har en væsentlig højere slagmodstand end benzin, hvilket gør dem ideelle brændstoffer til forbrændingsmotorer. Til høje belastninger, som på motorvejen, gasdrevne køretøjer opnår allerede højere effektivitet end benzinmotorer.

Imidlertid, effektiviteten kan stadig øges markant - på grund af metans høje slagmodstand - fordi nutidens gasmotorer i personbiler typisk kun er let tilpassede benzinmotorer, dvs. koncepter, der endnu ikke er optimeret til drift med metan. For at identificere dette uudnyttede potentiale, EU-projektet "GasOn" blev lanceret i 2015. Forskere fra ETH Zürich og Empa deltog også i dette projekt som en del af en arbejdspakke ledet af Volkswagen Group Research.

En gas-optimeret motor

En højeffektiv forbrændingsproces blev implementeret for en gasmotor med to liters slagvolumen:En mager gasblanding antændes ved hjælp af en fingerbøl på størrelse, flow-beroligende forkammer. I ETH-laboratoriet for aerotermokemi og forbrændingssystemer, grundlæggende eksperimenter blev udført i optisk tilgængelige motorer. Disse blev brugt til at undersøge opførselen af ​​tændingen i forkammeret og overløbet af de varme stråler ind i hovedforbrændingskammeret. Baseret på disse data, numeriske værktøjer blev udviklet for at beregne processerne i detaljer ved hjælp af computersimuleringer. Disse resultater gjorde det muligt for Volkswagen Group Research at optimere designet af forkammeret og hovedforbrændingskammeret. Empa-forskere satte en motor op i overensstemmelse hermed og undersøgte forbrændingsprocessen. Et motorstyringssystem udviklet af Institute for Dynamic Systems and Control Technology ved ETH Zürich blev brugt, som koordinerer det komplekse overordnede system og muliggør tilpasning til nye fund på samme tid.

Resultat:Rekordeffektivitet for personbilsmotorer

Sammenlignet med det nyeste, forbruget af den nye gasmotor med forkammerforbrændingsproces blev reduceret med 20 procent (omregnet til WLTP standardforbrug for en mellemstor personbil). Den maksimale effektivitet i den bedste motorkonfiguration var over 45 procent, med effektiviteter på over 40 procent opnået over et bredt driftsområde. Sådanne værdier opnås i øjeblikket kun af væsentligt større motorer, som dem, der bruges i erhvervskøretøjer, stationære eller marine applikationer. 45 procent er ny rekord for personbilsmotorer. Til sammenligning, benzinmotorer har typisk virkningsgrader på 35 til 40 procent. GasOn-projektet har endnu ikke beskæftiget sig med udstødningsgasbehandling af en sådan motor; der er stadig behov for yderligere forskning, på grund af den magre forbrændingsproces.

Samlet set, det har vist sig, at gasmotorer har potentiale til at opnå lignende virkningsgrader som (betydeligt større) dieselmotorer. Ud over, de kan nemt betjenes med enhver blanding af vedvarende biogen eller syntetisk metan og opnår dermed meget lav CO ₂ emissioner. De involverede bilproducenter er nu ved at finde ud af, hvordan resultaterne af GasOn-projektet kan overføres til produktionsbiler.