Automotive Verbundforschungsvorhaben MethMag Methangasbetriebene Motoren
Ein innovatives Brennverfahrenskonzept mit synthetischem Methan für den Einsatz in leichten Nutzfahrzeugen entwickeln – darum geht es in dem Verbundforschungsvorhaben MethMag .
Seit November 2020 arbeitet das Fraunhofer- Institut für Chemische Technologie in Zusammenarbeit mit der Ford- Werke GmbH , BRIGHT Testing GmbH , Rosswag GmbH sowie dem Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart an der Entwicklung dieses Konzept auf der Basis eines Serienmotors .
Das Besondere an diesem Vorhaben ist der Motorbetrieb mit gasförmigem Kraftstoff , welcher klimaneutral aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt werden kann , sowie die innovative Brennverfahrensführung im Mager- bis Ultramagerbereich in Verbindung mit einer aktiven Vorkammerzündkerze . Dadurch soll ein hoher Wirkungsgrad bei niedrigen Rohemissionen erreicht werden .
Im Produktbereich Neue Antriebssysteme ( NAS ) des Fraunhofer ICT werden dazu ein Einzylinder-Versuchsmotor sowie brennverfahrensrelevante Komponenten konstruiert , als Versuchsdemonstrator aufgebaut und auf dem eigenen Prüfstand getestet . Begleitend werden zahlreiche Simulationen durchgeführt , darunter 1D-Ladungswechsel- und Performancesimulationen zur Abschätzung der Betriebsbereiche und Optimierung motorischer Parameter sowie 3D-Strömungssimulation zur Auslegung des Kühlwassermantels . Anschließende CHT- und FEM-Simulationen sollen die thermische sowie mechanische Betriebsfestigkeit des Versuchsträgers sicherstellen . Das Projekt mit einer Gesamtlaufzeit von drei Jahren wird vom Bundesministerium für Wirtschaft
und Energie ( BMWi ) gefördert .
Problemstellung Ottomotoren mit Methan als Brennstoff weisen viele Vorteile hinsichtlich Treibhausgas- und Schadstoffemissionen sowie Wirkungsgrad auf . Dennoch ist es bisher nicht umfassend gelungen , Methanmotoren für leichte Nutzfahrzeuge flächendeckend am Markt zu etablieren . Dabei könnten derartige Antriebe in der Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Absenkung der Treibhausgasemissionen im Verkehrssektor leisten . Wenn Methan aus biologischen Prozessen oder aus erneuerbaren Energien synthetisch hergestellt wird , wäre der Betrieb leichter Nutzfahrzeuge , die besondere Anforderungen an Reichweite und Nutzlast haben , mit Methanmotoren klimaneutral möglich .
Projektziel Ziel des Projektes ist es , ein innovatives Brennverfahren , das auf Magerverbrennung mithilfe einer aktiven
Vorkammerzündkerze und zusätzlicher Methan-Saugrohreinblasung beruht , zu entwickeln und prototypisch umzusetzen . Es sollen indizierte Motorwirkungsgrade von über 45 Prozent bei sehr niedrigen Partikel- und Stickoxidemissionen erreicht werden . Die dynamische Umschaltung von magerem auf stöchiometrischen Betrieb erfolgt durch ein spezielles Ventiltrieb- und Einspritzsystem .
Durchführung Gemeinsam mit den Projektpartnern werden die Anforderungen an das Brennverfahren und den Motor definiert . Anschließend werden umfangreiche virtuelle Entwicklungsmethoden , insbesondere auf Basis von 3D-CFD , eingesetzt , um einen Einzylinder- Forschungsmotor auszulegen . Die Experimente am Einzylindermotor werden später auf einen prinzipiell serienfähigen Mehrzylindermotor übertragen . Auf diese Weise kann das Motorkonzept praktisch und seriennah erprobt werden .
Ergebnis einer 3D-CHT Simulation zur Wärmeproduktion und -verteilung im Projekt MethMag . Grafik : Fraunhofer ICT
Vergleichbarer Aufbau eines Motors auf dem Prüfstand . Foto : Fraunhofer ICT
32 edelstahl aktuell | Ausgabe 7 | September 2022