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21.10.2020

Dieselmotor: Weichai gelingt Durchbruch bei Wirkungsgrad

Dieselmotor: Weichai gelingt Durchbruch bei Wirkungsgrad

(Anzeige) Am 16. September 2020 veranstaltete die Weichai Group, ein führender Anbieter der chinesischen Verbrennungsmotorenindustrie, eine Einführungsfeier in Jinan, in der Provinz Shandong in China, in deren Rahmen der weltweit erste marktfähige Dieselmotor mit einem thermischen Wirkungsgrad von über 50 Prozent vorgestellt wurde.

Die weltweit anerkannte Prüforganisation TÜV SÜD und die nationale chinesische Prüfstelle für Verbrennungsmotoren China Automotive Technology and Research Center Co., Ltd. verliehen Weichai Zertifikate über einen thermischen Wirkungsgrad von 50,26 Prozent. Ling Wen, Vizegouverneur der Provinz Shandong und Mitglied der Chinesischen Akademie der Ingenieurwissenschaften, und Tan Xuguang, Vorstandsvorsitzender der Shandong Heavy Industry Group und der Weichai Group, stellten gemeinsam den weltweit ersten marktfähigen Dieselmotor mit einem thermischen Wirkungsgrad von über 50 Prozent vor.

Der thermische Wirkungsgrad ist eine Messgröße für die Kraftstoffeffizienz von Verbrennungsmotoren. Je höher der thermische Wirkungsgrad ist, desto geringer ist der Kraftstoffverbrauch und desto größer sind die Energieeinsparungen und die Senkung der Emissionen. Seit der erfolgreichen Entwicklung des ersten Dieselmotors der Welt im Jahr 1897 und einem Jahrhundert voller Veränderungen, Verbesserungen und dem Einsatz neuer Technologien hat sich der thermische Wirkungsgrad des Dieselmotors von ehemals 26 Prozent bis heute auf 46 Prozent erhöht. Aus Sicht der weltweiten Entwicklungsstatistik des thermischen Wirkungsgrads von Dieselmotoren hat die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads angesichts zunehmend strenger Emissionsvorschriften einen bedeutenden Engpass erreicht. Verbesserungen sind immer schwieriger zu erzielen und Fortschritte finden nur sehr langsam statt. Dies ist ein weltweit anerkanntes technisches Problem in der Branche.

Weichai leistet seit 70 Jahren einen aktiven Beitrag zur Verbrennungsmotorenbranche und verfügt durch die kontinuierliche Erforschung zentraler Schlüsseltechnologien über langjährige Erfahrung und umfassendes technisches Fachwissen in der Herstellung und Entwicklung von Dieselmotoren. Weichai hat in 10 Jahren 30 Milliarden Yuan in Forschung und Entwicklung investiert und mehr als 200 Promovierte, über 300 Spitzen-Talente aus aller Welt und mehr als 3.000 Hochschulabsolventen eingestellt. Weichai hat mit seiner unabhängigen Innovation in der Dieselmotorenindustrie einen Entwicklungssprung erreicht und in Weifang die weltweit einzige F&E- und Produktionsbasis mit einer Jahresproduktion beziehungsweise einem Umsatz von mehr als 1 Million Einheiten gegründet. Darüber hinaus hat das Unternehmen bahnbrechende Weiterentwicklungen der Schlüsseltechnologien für Nutzfahrzeugsantriebe, CVT-Antriebe und Hydraulikantriebe erzielt, mit denen es den zentralen technischen Defiziten Chinas in diesen drei Bereichen entgegenwirkt und positiv dazu beiträgt, dass die chinesische Dieselmotorenindustrie weiterhin auf Erfolgskurs segelt.

In den vergangenen Jahren hat Weichai bedeutende Ressourcen vereint, um speziell zum Thema der Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads zu forschen. Insbesondere seit 2015, als das Unternehmen ein eigenes technisches Forschungsteam gründete, um in großem Umfang Simulationen und Prüfstände für Tausende von Lösungsversuchen und Verbesserungen umsetzen zu können. Jeder noch so mühsame kumulative Fortschritt von nur 0,1 Prozent mündete schließlich in einen historischen Durchbruch. Weichai hat fünf proprietäre Technologien entwickelt: Fortschrittliche Feldsynergie-Verbrennung, harmonisches Design, Abgasenergieverteilung, Unterzonen-Schmierung und WISE-Steuerung. Sie alle tragen dazu bei, eine Reihe wichtiger Probleme zu lösen und eine hohe Verbrennungseffizienz mit geringer Wärmeübertragung, einen hohen, sehr zuverlässigen Spitzenzünddruck, geringe Reibungsverluste, einen niedrigen Schadstoffausstoß, intelligente Steuerung usw. zu erreichen – mit dem Resultat, dass der thermische Wirkungsgrad des Basis-Dieselmotors über 50 Prozent beträgt.

Die fortschrittliche Feldsynergie-Verbrennung optimiert das Design von Luftdurchlass, Kraftstoffeinspritzung, Brennkammerprofil und anderen Systemen, um das Verhältnis zwischen Geschwindigkeitsfeld und Konzentrationsfeld in der Verbrennungskammer harmonischer zu gestalten, wodurch schließlich die Verbrennungsgeschwindigkeit um 30 Prozent erhöht wird.

Angesichts des komplexen Problems, dass die Fähigkeit des Dieselmotorgehäuses, dem hohen Spitzenzünddruck standzuhalten, die Verbesserung der Verbrennungsvorgänge deutlich begrenzt, schwächt die harmonische Designtechnik einige Teile selektiv, um letztlich die Gesamtstruktur zu stärken und somit die Widerstandsfähigkeit des Systems gegen den Spitzenzünddruck um rund 60 Prozent zu erhöhen.
Als Reaktion auf die durch die verbesserte Verbrennung gewachsenen Schwierigkeiten bei der Steuerung der Schadstoffemission war die Abgasenergieverteilung der Wegbereiter für die Umgestaltung des Abgassystems. Das System passt sich den Anforderungen an die Abgasrückführung an und erhält dabei den Wirkungsgrad der Turbinen aufrecht. Auf diese Weise wird es den Anforderungen der Richtlinien und Normen gerecht und erzielt gleichzeitig eine Steigerung des thermischen Wirkungsgrads um 1 Prozent.

Die Unterzonen-Schmierung wurde basierend auf den unterschiedlichen Eigenschaften der Reibpaarungen des Systems entwickelt und nutzt verschiedene Technologien zur Reibungsminderung in diversen Bereichen, wodurch eine Verringerung der Gesamtreibung um 20 Prozent erreicht wird. Die WISE-Steuerungstechnik nutzt die Vorteile des von Weichai selbst entwickelten Motorsteuergeräts, um eine Reihe genauerer Vorhersagemodelle aufzustellen, sodass alle Teile des Dieselmotors effizienter funktionieren können.

Dass der thermische Wirkungsgrad 50 Prozent übersteigt, ist ein weltweiter historischer Durchbruch in der Entwicklung der Verbrennungsmotoren. Maßgebliche Institutionen und Experten im In- und Ausland, wie die Bosch-Gruppe, die AVL List GmbH, FEV, SAE, die China Machinery Industry Federation (MIF), die China Internal Combustion Engine Industry Association und China-SAE, gratulierten Weichai zu diesem historischen Durchbruch. Sie lobten Weichai dafür, einen neuen Maßstab für den thermischen Wirkungsgrad von Dieselmotoren auf der ganzen Welt gesetzt zu haben, der einen Beitrag zur Energieeinsparung und Abgasverringerung von Verbrennungsmotoren leistet. 

Weichai hat nicht nur den weltweit ersten Basis-Dieselmotor mit einem thermischen Wirkungsgrad von über 50 Prozent auf den Markt gebracht, sondern hält auch problemlos die Abgasnormen China VI/Euro VI ein und war darüber hinaus als erster Anbieter bereit für die Massenfertigung und Kommerzialisierung des Produkts. Branchenexperten betonen, dass die Erhöhung des aktuell branchenüblichen thermischen Wirkungsgrads von 46 Prozent auf 50 Prozent den Dieselverbrauch um 8 Prozent und die CO2-Missionen um 8 Prozent senken wird. Angesichts der geschätzten Anzahl von derzeit 7 Millionen Einheiten auf dem chinesischen Markt für Nutzfahrzeug-Dieselmotoren können wir, wenn alle davon durch Dieselmotoren mit einem thermischen Wirkungsgrad von 50 Prozent ersetzt werden, 33,32 Millionen Tonnen Kraftstoff einsparen und die CO2-Emissionen um 104,95 Millionen Tonnen pro Jahr reduzieren. Dies ist ein wesentlicher Beitrag zur Lösung von Energieengpässen und der Probleme im Zusammenhang mit der weltweiten Klimaerwärmung.

Die Einführung des weltweit ersten marktfähigen Dieselmotors mit einem thermischen Wirkungsgrad von über 50 Prozent ist ein Zeichen dafür, dass Chinas Dieselmotorentechnologie für schwere Nutzfahrzeuge es an die Weltspitze geschafft hat. Bei der Entwicklung dieses Programms erhielt Weichai große Unterstützung von der Bosch-Gruppe und anderen globalen Anbietern und F&E-Beratungsunternehmen. Im Rahmen der Feier gab Tan Xuguang bekannt, dass Weichai sich in der Zukunft noch offener mit globalen Partnern vernetzen wird, um das Ziel eines thermischen Wirkungsgrads von 55 Prozent für Dieselmotoren zu erreichen.

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