Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8958
Main Title: Potenziale eines Dieselmotors mit variablem Ventiltrieb und Zylinderzuschaltung in einem Traktor
Translated Title: Potentials of a diesel engine with a variable valve train and cylinder activation in a tractor
Author(s): Buitkamp, Thomas
Advisor(s): Meyer, Henning
Referee(s): Meyer, Henning
Günthner, Michael
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Ziel aktueller Forschungen an Verbrennungsmotoren ist die weitere Reduzierung der Abgasschadstoffemissionen bei gleichzeitiger Senkung des Kraftstoffverbrauches. Die daraus resultierenden Maßnahmen bedeuten oftmals eine Steigerung der Komplexität der Verbrennungskraftmaschine, womit einerseits die Herstellungskosten steigen, andererseits die Fehleranfälligkeit des Gesamtsystems zunimmt. Es ist daher notwendig Technologien zu entwickeln, welche trotz der zwangsläufig steigenden Komplexität einen Vorteil für den Verbraucher generieren können. Im Rahmen dieser Arbeit werden dazu zwei Technologien an einem 4-Zylinder Nutzfahrzeugdieselmotor von John Deere untersucht. Zunächst wird ein neues Zylinderzuschaltkonzept vorgestellt, dessen Potenzial zur Kraftstoffeinsparung untersucht wird. Zudem werden die Änderungen der Schadstoffemissionen diskutiert, sowie Verbesserungsmöglichkeiten und Grenzen aufgezeigt. Dieses Konzept wird im Weiteren durch einen am Lehrstuhl für Antriebe in der Fahrzeugtechnik (LAF) der Technischen Universität Kaiserslautern entwickelten mechanisch vollvariablen Ventiltrieb erweitert. Dieser ermöglicht einerseits die Optimierung des Zuschaltsystems, indem damit die Ventile des abgeschalteten Zylinders stillgelegt werden können. Andererseits verfügt der Ventiltrieb über die Möglichkeit, durch ein zweites Öffnen eines Auslassventils in der Ansaugphase Abgas in den Zylinder zu fördern. Die Auswirkungen des auf diese Weise zurückgeführten (internen) Restgases auf das Schadstoffemissionsverhalten sowie auf den Kraftstoffverbrauch wird im zweiten Teil der Arbeit beleuchtet. Weiterhin werden die Potenziale des Zylinderzuschaltsystems in einem Traktor untersucht. Dazu werden am Prüfstand gemessene Kraftstoffverbrauchsdaten verwendet und daraus analytisch die Auswirkung auf den Kraftstoffverbrauch in verschiedenen Anwendungsgebieten ermittelt. Abschließend wird eine Empfehlung für ein ideales Anwendungsgebiet für einen Traktor herausgearbeitet, welcher mit dem vorgestellten System ausgestattet ist. Ein auf Messdaten basierender Vergleich dieses neuen Motorkonzepts mit dem Referenzmotor zeigte in den Feld- bzw. Arbeitszyklen im Niedriglastbereich des DLGPowerMix einen Verbrauchsvorteil von bis zu 5,2 %. Die hier vorgestellten Arbeiten wurden im Rahmen des Projekts „Hocheffizientes Dieselmotorenkonzept“ (HDMK) durchgeführt, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit dem TÜV Rheinland als Projektträger (Förderkennzeichen: 19U15003A).
The objective of current research on combustion engines is to further reduce exhaust emissions while simultaneously reducing fuel consumption. The resulting measures often mean an increase in the complexity of the internal combustion engine, which on the one hand increases production costs and on the other hand increases the susceptibility of the overall system to defects. It is therefore necessary to develop technologies that can generate an advantage for the consumer despite the increasing complexity. Within the scope of this work, two technologies on a 4-cylinder commercial vehicle diesel engine from John Deere will be investigated. First, a new cylinder activation concept is presented whose potential for fuel savings in the partial load range is being examined. In addition, the changes in emissions will be discussed and opportunities for improvement and limits will be identified. This concept will be further extended by a fully variable valve train developed at the Institute of Propulsion Systems (LAF) at the Technical University of Kaiserslautern. This allows, on the one hand, the optimization of the connection system by shutting down the valves of the deactivated cylinder. On the other hand, the valve train has the option of rebreathing exhaust gas by opening an exhaust valve a second time during the intake phase. The effects of this recirculated (internal) residual gas on pollutant emission behaviour and fuel consumption are examined in the second part of this paper. Furthermore, the potentials of the cylinder activation concept in a tractor engine are examined. The data measured on the test bench will be used to analyze the impact on fuel consumption in various application areas. Finally, an ideal application for a tractor equipped with the presented system will be identified. A comparison of this engine concept with the reference engine based on measurement data displayed a consumption advantage of up to 5.2 % in the low load field cycles of the DLG-PowerMix. The work presented here was carried out as part of the project "Highly Efficient Diesel Engine Concept" (HDMK), funded by the Federal Ministry of Economic Affairs and Energy with the TÜV Rheinland as project management organisation (funding code: 19U15003A).
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/9948
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8958
Exam Date: 21-Aug-2019
Issue Date: 2019
Date Available: 14-Oct-2019
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Traktor
Diesel
Effizienz
Zylinderzuschaltung
Landwirtschaft
tractor
diesel
efficiency
cylinder activation
agriculture
Sponsor/Funder: BMWi,19U15003A, Entwicklung eines variablen Ventiltriebs mit Zylinderzuschaltung und Integration in ein Nutzfahrzeug (Traktor)
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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