3D-Druck von Ansaugkrümmern zur Verbesserung der Motorleistung
Der 3D-Druck des Ansaugkrümmers verbessert die Motorleistung.
Die modernen Turbodieselmotoren haben ihre Leistung im Vergleich zu den „alten“ Dieselmotoren gesteigert. Leider müssen sie jedoch neue, strenge Anforderungen hinsichtlich ihrer Emissionen erfüllen.
Der Einsatz der Abgasrückführung (AGR) kann den Motorenherstellern helfen, die Emissionen unter Kontrolle zu halten, um die Euro 4-Anforderungen zu erfüllen.
Um das AGR-System zu verbessern, beschloss VM Motori S.p.A. (mit Sitz in Cento, Ferrara, Italien), verschiedene alternative Ansaugkrümmer zu testen. Anstatt viel Zeit für Design und Planung zu verwenden, konnten die Ingenieure von VM dank ihrer guten Kenntnisse der additiven Fertigungstechniken in nur wenigen Wochen die beste Leistung von Krümmer und Motor erzielen.
Die Studie wurde mit drei verschiedenen Modellen durchgeführt, die von CRP Technology aus Windform XT, einem kohlefaserverstärkten Material aus der Windform-Reihe von Verbundwerkstoffen für Lasersinteranlagen, im 3D-Druck hergestellt wurden. Windform XT wird jetzt durch Windform XT 2.0 ersetzt.
Jeder Prototyp wurde mit einer Vorlaufzeit von zwei bis drei Tagen hergestellt. Diese Art der „schnellen Produktion“ war für die Ingenieure von VM sehr nützlich, da sie die übliche Vorlaufzeit für diese Art von Produkten um das Zehnfache oder mehr verkürzte.
Das erste Modell trug die Bezeichnung „V1“ und wurde ohne Probleme für Prüfstandtests verwendet.
Anschließend arbeiteten die Ingenieure von VM an zwei weiteren Versionen, „V2“ und „V3“, um die Aufteilung der Abgasrückführung auf die einzelnen Zylinder zu optimieren und das Ziel einer maximalen Differenz von 4 % zwischen den 4 Zylindern (als Zielvorgabe für die Euro 4-Emissionsstufe) zu erreichen.
Normalerweise beträgt die „Standard“-Lieferzeit für einen Ansaugkrümmer aus Aluminium-Sandguss etwa 2 Monate. Dank des professionellen 3D-Drucks (Selektives Lasersintern) und des von CRP Technology geformten Materials Windform XT konnte VM 3 verschiedene Krümmer in nur 6/9 Arbeitstagen herstellen. Die Entwicklungsphase, die normalerweise mehrere Monate dauert, dauerte somit weniger als 2 Wochen.
In der nachstehenden Tabelle finden Sie einige interessante Daten zur thermischen und mechanischen Belastung des Krümmers bei normalem Motorbetrieb (reale Motorbetriebspunkte, bei denen die Abgasrückführung (AGR) aktiviert ist, so dass die Ansaugtemperatur durch die Mischung von Frischluft und heißen Abgasen erhöht wird).
Modus | Luftmasse kg/h | AGR-Rate % | Temp. Ansaugkrümmer °C | Temp. H2O out °C | Temp. H2O in °C |
|---|---|---|---|---|---|
Durchschnitt: | 67,37 | 83,56 | 81,29 | ||
1 | 21 | 57,00% | 65,80 | 79,20 | 78,70 |
2 | 56 | 36,00% | 60,70 | 82,90 | 80,90 |
3 | 71 | 44,00% | 60,00 | 81,70 | 80,80 |
4 | 87 | 22,00% | 44,40 | 82,80 | 80,30 |
5 | 94 | 34,00% | 50,40 | 82,60 | 81,30 |
6 | 105 | 20,00% | 49,70 | 83,50 | 80,80 |
7 | 105 | 27,00% | 71,00 | 84,00 | 81,10 |
8 | 115 | 26,00% | 47,20 | 82,60 | 81,30 |
9 | 48 | 49,00% | 73,50 | 82,40 | 80,90 |
10 | 123 | 21,70% | 64,50 | 84,20 | 81,10 |
11 | 95 | 27,50% | 60,30 | 83,60 | 81,10 |
12 | 71 | 34,50% | 73,80 | 83,30 | 80,40 |
13 | 148 | 23,00% | 85,40 | 85,40 | 82,00 |
14 | 176 | 27,00% | 72,70 | 84,80 | 82,30 |
15 | 280 | 19,00% | 91,70 | 87,10 | 83,80 |
16 | 275 | 20,00% | 106,80 | 86,90 | 83,80 |
Modus | Luftmasse kg/h | AGR-Rate % | Temp. Ansaugkrümmer °C | Druck Ansaugkrümmer bar |
|---|---|---|---|---|
Max. Leistung / 110 kW/150 PS bei 4.000 U/min | 550 | 0,00% | 55,00 | 1,50 |
In den Tabellen können Sie auch einige Werte für die H2O-Temperatur sehen, da die Kühlflüssigkeit in einem Kanal neben dem Krümmer fließt und dessen Temperatur erhöht (aufgrund des verringerten Wärmeaustauschs durch die Wand), ohne jedoch die Funktionalität in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen.
Die Ingenieure von VM haben mehrere Tests durchgeführt, bei denen keine Probleme festgestellt wurden.
Der Krümmer wurde auch 2,5 Stunden lang bei maximaler Motorleistung getestet und war am Ende immer noch perfekt und einsatzbereit.
Für die Produktion des neuen Turbo Diesel Common Rail 2000 ccm-Motors entschieden sich die Konstrukteure für die Verwendung von Aluminiumkrümmern, und als sie die ersten Motoren testeten, stellten sie genau die gleichen Ergebnisse wie bei den Krümmern aus Windform XT fest.
Dies zeigt, wie zuverlässig und nützlich eine Studie sein kann, die dank der Eigenschaften von Windform XT in unglaublich kurzer Zeit durchgeführt wurde.
Nebenbei bemerkt: der neue Chevrolet Captiva wird von diesem Motor angetrieben werden
Von der offiziellen Website von Chevrolet: „Von den Herstellern des allerersten Geländewagens aus dem Jahr 1935 ist der Captiva der jüngste in einer langen Reihe von authentischen Geländewagen, die ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis in einem stilvollen und praktischen Paket bieten. Der speziell für den europäischen Markt konzipierte Captiva wird mit Front- oder Allradantrieb, fünf oder sieben Sitzen und mit einem 2,4-Liter-Benzin- oder einem hochmodernen 2,0-Liter-Dieselmotor erhältlich sein und ein breites Spektrum von Kunden ansprechen. Der Captiva wird ab Frühjahr 2006 in Europa erhältlich sein.“
Motor/Antriebssystem:
RA420DH6
Typ / 4 Zyl./Reihe, Diesel Common Rail
16 Ventile
Hubraum / 2.000 ccm
Max. Leistung / 110 kW/150 PS bei 4.000 U/min
Euro 4