Aus zukünftigen Abgasemissionsgrenzwerten erwachsen neue technische Anforderungen an Dieselmotoren für Nutzfahrzeuge. Es werden konstruktive Wege aufgezeigt, wie diese Anforderungen bei gleichzeitig maximaler Kosteneffizienz erfüllt werden können. Für eine, für die Hauptstückzahl von schweren Nutzfahrzeugen nachgefragte Motorleistung von ca. 310 kW wird unter der Randbedingung der für zukünftige Abgasgrenzwerte erforderlichen hohen Abgasrückführraten ein Hubvolumen von ca. 12.2 l benötigt, wenn man eine aufwändige 2-stufige Aufladung vermeiden möchte. Aktuell wird diese Leistung in einigen Fällen bereits von Motoren in der Hubraumklasse von 10 l dargestellt. Für den Zylinderkopf werden einige strukturverbessernde Maßnahmen beschrieben. Auch bei Ausnutzung aller geometrischen Gestaltungsmöglichkeiten wird jedoch für Spitzendrücke um 250 bar der Schritt von GJL auf GJV erforderlich. Aus Kostensicht ist eine Ausführung mit gedrehtem Ventilstern und nur einer oben liegenden Nockenwelle einem DOHC-Ventiltrieb vorzuziehen. Eine integrierte Laufbuchse weist gegenüber einem konventionellen Top-Stop Liner deutliche Gewichts- und Kostenvorteile auf. Der Vorteil der integrierten Laufbuchse beim Zylinderabstand kompensiert in der Baulänge eines 6-Zylinder Reihenmotors den oben angesprochenen Schritt zur Vermeidung einer 2-stufigen Aufladung von ca. 10 auf ca. 12 l Hubvolumen. Auch beim Kurbelgehäuse geht der Trend aufgrund steigender spezifischer Belastungen hin zum Werkstoff GJV. In diesem Fall ist die Ausführung als Deep-Skirt Kurbelgehäuse mit bruchgetrennten Hauptlagerdeckeln aus Gewichts- und Kostensicht besonders interessant. Eine viel versprechende Alternative bietet das Konzept mit Short-Skirt Kurbelgehäuse, Bedplate und 4 durchgehenden Zugankerschrauben pro Zylinder. Die Reparaturfreundlichkeit im Falle eines Schadens im Kurbeltrieb spricht zwar für das konventionelle Konzept des Deep-Skirt Kurbelgehäuses, ähnlich wie bei dem Laufbuchsenkonzept ist dieses Argument aber aufgrund der - zumindest in Westeuropa - sehr niedrigen Schadenshäufigkeit in diesem Bereich als untergeordnet zu betrachten. Die Minimierung der Zylinderrohrverzüge, die aufgrund der globalen Druckspannungen in dem Kurbelgehäuse mit integrierter Laufbuchse und durchgehenden Zugankerschrauben auftreten werden, wäre ein zentrales Entwicklungsziel in der Strukturauslegung für ein solches Konzept.
Design solutions are shown, fulfilling the technical requirements to truck diesel engines caused by future emission legislation, while being cost efficient at the same time. The main production volume of heavy trucks focuses on an engine performance of approx. 310 kW. Under the boundary condition of high EGR-rates required for the compliance with future emission legislation, a displacement of approx. 12.2 l is needed in order to get away without an expensive two stage turbocharger. Currently this performance is achieved by several engines of the 10 l class. Regarding the cylinder head, some structural measures are described. However, even using all geometric degrees of freedom will not avoid the requirement to switch from GCI to CGI for peak cylinder pressures around 250 bar. In terms of production costs a turned valve arrangement together with an SOHC valve train is preferred compared to a DOHC valve train. The parent bore concept bears a significant weight and cost advantage compared to a conventional top-stop liner. The advantage of the parent bore regarding bore pitch compensates the above mentioned step from 10 to 12 l displacement as far as engine length is concerned. Due to increasing specific loads the trend points to CGI also for the crankcase. In this case a deep-skirt crankcase with fracture split main bearing caps is a good choice considering weight and costs. A promising alternative is the concept consisting of short-skirt crankcase, bedplate and 4 through bolts per cylinder. This offers the possibility to stay with the cost effective GCI since the bolt forces induce only compressive stress into the crankcase.
Wegweisende Konstruktionsmerkmale von Nutzfahrzeugmotoren für zukünftige Entwicklungsziele
Trend-setting engine architecture for HD truck engines driven by future development targets
2005
24 Seiten, 19 Bilder, 3 Tabellen, 3 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
Wegweisende Konstruktionsmerkmale von Nutzfahrzeugmotoren fuer zukuenftige Entwicklungsziele
Kraftfahrwesen | 2005
|Abgasturboladerkonzepte fur heutige und zukunftige Nutzfahrzeugmotoren
British Library Conference Proceedings | 2007
|Kraftfahrwesen | 1977
|Emissionen aus Nutzfahrzeugmotoren
Tema Archiv | 1985
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