.

Projektinfos  – Energieforschung konkret

Kurzcharakteristik lesen
Projektinfos abonnieren

Sichtkontrolle bei der Produktion von Leichtbau-Motorkomponenten aus Kunststoff.
© ElringKlinger
Hochleistungsmotoren
Projektinfo 16/2017

Schematische Darstellung der Funktionsweise eines Nassabscheiders
© Universität Stuttgart, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik (IMVT)

Strömungsverlauf von Roh- und Reingas in einer Zentrifuge mit hydraulischem Antrieb
© ElringKlinger
1 / 3

Damit das Öl im Motor bleibt

Bei Benzin- und Dieselmotoren strömt bei jeder Zündung des Treibstoff-Luft-Gemischs ein kleiner Anteil der Gase als Leckagestrom aus dem Verbrennungsraum in das Kurbelgehäuse. Damit die Motoren optimal funktionieren, ist es erforderlich, diese sogenannten Blow-by-Gase abzuführen und darin enthaltene Motoröltröpfchen abzutrennen. Dadurch sinken Schadstoffemissionen sowie Ölverbrauch des Motors. Für moderne, höher verdichtende Motoren entwickelten Forscher neue, effektive Abscheidesysteme, mit denen die strengeren Emissionsgrenzwerte für Ölnebel unterschritten werden.

Downsizing ist die aktuelle Vorgabe für moderne Verbrennungsmotoren: kleinere, höher verdichtende Motoren holen aus weniger Hubraum hohe Leistungen heraus. In der Folge sind deutlich kleinere Ölpartikel aus dem Blow-by-Gas der Kurbelgehäuseentlüftung abzuscheiden. Im Fahrzeug können für die Kurbelgehäuseentlüftung je nach verfügbarem Bauraum passive Abscheidesysteme wie einfache Prallabscheider auch in Kombination mit bspw. Vliesstoffen für die Oberflächenvergrößerung der Prallwände oder Zyklone zum Einsatz kommen. Auch aktiv angetriebene Abscheider wie Tellerseparatoren werden schon im Nutzfahrzeugbereich eingesetzt. Die Herausforderung für die Entwickler bestand darin, speziell auch bei sehr feinen Öltropfen Abscheidesysteme mit einer besseren Abscheideleistung als die der einfach aufgebauten passiven Systeme zu konzipieren. Außerdem soll das neue System kostengünstig herstellbar sein und möglichst wenig Energie für den Antrieb brauchen.

Die Behandlung der Blow-by-Gase verhindert weitgehend, dass mit ihnen Öltropfen in den Ansaugtrakt kommen. Diese würden Motor-Komponenten wie Ladeluftkühler und Ventile verschmutzen und die Funktion von Abgaskatalysatoren beeinträchtigen. Öltropfen, die sich an den Schaufeln des Turboladers absetzen, verschlechtern seinen Wirkungsgrad. Damit sinkt die Leistungsdichte des Verbrennungsmotors, die Effizienz sinkt, der Kraftstoffbedarf steigt.

arrow
arrow

Hochleistungsmotoren benötigen effizientere Abscheidesysteme

Bei hoch aufgeladenen Turbomotoren entstehen unter anderem durch die hohen Mitteldrücke bei der Verbrennung sehr feine Tropfen. Hier kommen die heute eingesetzten, oft in Zylinderkopfhauben integrierten passiven Ölnebelabscheidesysteme wie sogenannte Impaktor-Vlies-Abscheider an ihre Grenzen. Deshalb müssen für die modernen, hoch aufgeladenen Motoren neue aktive Abscheidekonzepte entwickelt werden. Die verfügbaren aktiven Systeme wie Tellerseparatoren, mit denen selbst Öltropfen kleiner 0,5 µm mit hoher Effizienz abgeschieden werden, sind bisher aufgrund ihres Platzbedarfs auf eine Anwendung im Nutzfahrzeugbereich beschränkt.

Zu diesem Zweck entwickelten Forscher des Komponentenherstellers ElringKlinger und des Instituts für Mechanische Verfahrenstechnik (IMVT) der Universität Stuttgart zwei physikalisch unterschiedliche, aktive Abscheidekonzepte: eine Zentrifuge sowie einen Nassabscheider. Diese sind effizienter als bestehende Systeme und beanspruchen weniger Platz. Sie sollen künftig für unterschiedlichste Anwendungsfälle nutzbar sein. Während die Zentrifuge durch hohe Drehzahlen, die entweder durch einen hydraulischen Antrieb oder mit einem Elektromotor erzeugt werden können, zuverlässig Feinsttropfen mit einem Tropfendurchmesser d50 < 0,5 μm abscheidet, dient der Nasswäscher für Anwendungen, bei denen nur ein geringer Druckverlust bei gleichzeitig beschränktem Bauraum erzeugt werden darf. Beide Konzepte versprechen hohe Abscheideleistungen und damit eine signifikante Reduktion des Öltropfeneintrags in den Ansaugtrakt von Otto- oder Dieselmotoren.

Ölnebelabscheide-Systeme schützen Motoren und Umwelt

Am IMVT untersuchten die Forscher insbesondere das Durchströmungs- und Druckverhalten der Trennapparate, da dieses beeinflusst, wie viel Energie der Trennprozess beansprucht. Für die Konzeption der Trennapparate und Zerstäubungselemente des neuen Abscheidesystems entwickelten sie mathematisch-physikalische Modelle sowie Simulationsmethoden.

Bei ElringKlinger lag der Fokus darauf, wie solche Systeme großseriennah und kostenoptimiert hergestellt werden können. Dabei ging es insbesondere auch darum, das Design bauraumoptimiert für den Einsatz in PKW weiter zu entwickeln. Tests von Zwischenstufen auf Motorenprüfständen dienten zur Weiterentwicklung und Optimierung. Die Forscher untersuchten mit einem Prüfaerosol die Trennkonzepte. Mit den gemessenen Partikelgrößenverteilungen vor und nach dem Trennprozess konnten sie die Trennleistung bei verschiedenen Betriebsbedingungen bewerten.

Merkzettel

BINE-Abo

Publikation abonnieren

Adressen

Betriebliche Optimierung Abscheidesystem | Herstellung und Test der Abscheidesysteme
Elring Klinger AG

Entwicklung Abscheidesystem | Modellierung und Computersimulation des Abscheidemechanismus
Universität Stuttgart, IMVT

Links

IMVT
Universität Stuttgart – Institut für Mechanische Verfahrenstechnik

ElringKlinger AG
Website der ElringKlinger AG

Kunststoffmodule und Ölnebelabscheidung
Info-Broschüre der ElringKlinger AG

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.