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WIE UNTERSCHEIDEN SICH TURBOLADER FÜR ERDGAS VON DENEN FÜR DIESELMOTOREN?

Die Innovationen von Cummins im Design von Erdgasturboladern haben die Kosteneffizienz und Umweltverträglichkeit von Erdgasmotoren verbessert.

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WIE UNTERSCHEIDEN SICH TURBOLADER FÜR ERDGAS VON DENEN FÜR DIESELMOTOREN?

Vor einem Jahrzehnt unterschieden sich die Turbolader für Erdgas- und Dieselmotoren nicht wesentlich. Neue Emissionsvorschriften haben jedoch die Entwicklung von Turboladern vorangetrieben, die speziell für Erdgasmotoren entwickelt wurden. Diese Turbolader sind an stöchiometrische Verbrennungsbedingungen angepasst, bei denen das Gemisch aus Sauerstoff und Kraftstoff genau ausbalanciert ist. Dieses Gleichgewicht gewährleistet eine effiziente Verbrennung, bei der kein unverbrannter Kraftstoff oder überschüssiger Sauerstoff zurückbleibt.

Turbolader, die für moderne Erdgasmotoren entwickelt wurden, verfügen über einzigartige Komponenten wie einen doppelten Wastegate-Anschluss, größere Aktuatoren und ein Materialgehäuse aus Verbundwerkstoffen, das den höheren Temperaturen standhält, die eine stöchiometrische Verbrennung erfordert.

Cummins entwickelt seit Jahrzehnten innovative Lösungen für Diesel- und Erdgasmotoren. In diesem Artikel wird untersucht, wie verschiedene Turboladertechnologien für Erdgasfahrzeuge eingesetzt werden und wie sie sich weiterentwickelt haben, um den Herausforderungen und Anforderungen einer Transportindustrie gerecht zu werden, die nach nachhaltigeren Lösungen sucht.

Hauptunterschiede zwischen Turboladern für Erdgas- und Dieselmotoren
Turbolader für Erdgasmotoren unterscheiden sich von denen in Dieselmotoren aufgrund der besonderen Anforderungen der Erdgasverbrennung, wie höhere Betriebstemperaturen und unterschiedliche Luft-Kraftstoff-Verhältnisse. Im Gegensatz zu Dieselmotoren, die mit einer Magerverbrennung und einem höheren Luft-Kraftstoff-Verhältnis arbeiten, benötigen Erdgasmotoren eine stöchiometrische Verbrennung. Das bedeutet, dass das Gemisch aus Sauerstoff und Kraftstoff präzise ausbalanciert ist (Luft-Kraftstoff-Verhältnis 1:1), um eine effiziente Verbrennung zu gewährleisten und sicherzustellen, dass kein unverbrannter Kraftstoff oder überschüssiger Sauerstoff zurückbleibt. Folglich benötigen Erdgasmotoren kleinere Turbolader, da für die stöchiometrische Verbrennung weniger Luft benötigt wird als für die magere Verbrennung bei Dieselmotoren. Zum Beispiel könnte ein Dieselmotor einen HE500-Turbo benötigen, aber ein Erdgasmotor könnte aufgrund seines geringeren Luftbedarfs einen HE300 oder HE400 verwenden.

Um diese effiziente Verbrennung zu erreichen, mussten zahlreiche Systemkomponenten erheblich modifiziert werden, unter anderem wurde ein doppelter Wastegate-Anschluss eingebaut, um die hohe Bypassfähigkeit zu bewältigen, die für Erdgasturbolader erforderlich ist. Dieser Anschluss reguliert den Abgasfluss, regelt den Druck und verhindert eine Überlastung.

Die hohen Temperaturen und Drücke von Erdgasmotoren beeinflussen auch die Konstruktion der Turbolader. Während bei Dieselmotoren die Effizienz des Turboladers im Vordergrund steht, konzentrieren sich Erdgasmotoren auf das Erreichen des erforderlichen Massenstroms und die Erfüllung der Anforderungen an die Abgasrückführungssysteme (AGR-Systeme) Daher werden Turbolader für Erdgasmotoren aus Hochtemperaturwerkstoffen gebaut, insbesondere in der Turbinenphase, um thermischer Ermüdung zu widerstehen.

Diese Turbolader benötigen außerdem wassergekühlte Lagergehäuse, um den erhöhten Temperaturen standzuhalten, was zusätzliche Rohrleitungen und Anschlüsse zur Aufrechterhaltung des Kühlmittelflusses erfordert.

Materialien des Gehäuses: Cummins verwendet fortschrittliche Materialien für die Konstruktion von Turboladern, um den hohen Temperaturen der stöchiometrischen Verbrennung in Erdgasmotoren standzuhalten. Zu diesen Materialien gehören Graphit und Edelstahl für das Turbinengehäuse sowie höherwertige Legierungen wie Chrom-Molybdän, das Chrom und Molybdän enthält. Diese Materialien ermöglichen es den Turboladern, Turbineneintrittstemperaturen von über 760 °C standzuhalten und übertreffen damit die Betriebstemperaturen von Dieselmotorturboladern, die typischerweise unter 700 °C bleiben, bei weitem.

Akutatoren: Turbolader für Erdgasmotoren verwenden im Vergleich zu denen in Dieselmotoren größere Aktuatoren. Ein Erdgasturbolader verwendet einen T4-Aktuator, der 4 Quadratzoll groß ist, während ein Dieselmotorturbolader nur einen T2-Aktuator, eine 2 Quadratzoll große Komponente, benötigt. Diese Vergrößerung der Aktuatoren ist unerlässlich, um die höheren Bypass-Fähigkeiten und Temperaturanforderungen von Erdgasmotoren zu bewältigen.

Modifikationen von Dieselmotoren: Während Erdgasmotoren viele Komponenten mit ihren Diesel-Gegenstücken teilen, wurden wichtige Modifikationen an den Turboladern vorgenommen, um die Verwendung von gasförmigem Kraftstoff zu ermöglichen. Diese Änderungen adressieren die höheren Temperaturen und die unterschiedlichen Strömungseigenschaften, die für Erdgas typisch sind, und gewährleisten optimale Leistung und Haltbarkeit.

Die Evolution des Erdgasturboladers
Vor einem Jahrzehnt waren Erdgas- und Dieselturbos nahezu identisch, aber strenge Emissionsvorschriften wie Euro 6 - und EPA-Normen haben zu erheblichen Veränderungen geführt, einschließlich der Umstellung auf stöchiometrische Verbrennung, die die Betriebstemperaturen erhöhte und neue Turboladerkonfigurationen erforderlich machte.

Durch die Umstellung auf stöchiometrische Verbrennung konnte Cummins den Bedarf an Abgasnachbehandlungssystemen wie Dieseloxidationskatalysatoren (DOCs) oder selektiven katalytischen Reduktionssystemen (SCR) reduzieren, was letztendlich die Kosten für Motoren und Turbos senkte.

Als führendes Unternehmen im Bereich der Innovation und Technologie von Turboladern ist Cummins bestrebt, mit seinen Kunden zusammenzuarbeiten, um die richtigen Lösungen für ihre Anwendungen bereitzustellen. Da Erdgas ein entscheidender Akteur bei der Dekarbonisierung des gewerblichen Verkehrs ist, optimiert Cummins weiterhin die Konstruktion von Erdgasmotoren, verbessert die Wirtschaftlichkeit der Motorsysteme bei gleichzeitiger Einhaltung strenger Emissionsstandards und macht Erdgas in vielen Anwendungen zu einer wettbewerbsfähigen Alternative zu Diesel.

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