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Markus Bauer
Möglichkeiten und Grenzen wirkungsgradoptimierter ottomotorischer Prozessführungen
Der Verbrennungsmotor wird auch im 21. Jahrhundert einen hohen Stellenwert bei den Antriebskonzepten im Individualverkehr einnehmen. Die vorliegende Dissertation geht deshalb der Frage nach, wie weit der maximale Wirkungsgrad eines stöchiometrisch betriebenen Ottomotors noch zu steigern ist.
Eine theoretische Kreisprozessanalyse zeigt hierfür mögliche Maßnahmen zur erforderlichen Steigerung des Hochdruckwirkungsgrades auf. Die Verlängerung der Gasexpansionsphase kristallisiert sich dabei als zielführendste Maßnahme heraus. Die Auslegung, der Aufbau und die Vermessung darauf basierender Versuchsträger ermöglichte die erstmalige Quantifizierung der realen Wirkungsgradpotenziale.
Die Verlängerung der Expansion direkt innerhalb des Zylinders wird durch den Einsatz von Miller-Steuerzeiten sowie einem Mehrgelenkskurbeltrieb mit alternierender Kolbenhubfunktion realisiert. Als limitierend zeigen sich nachteilige Verbrennungsrandbedingungen, wodurch die theoretischen Potenziale nur teilweise umgesetzt werden können. Für höhere Grade an Expansionsverlängerung erschien deshalb der Einsatz eines zusätzlichen Expansionszylinders sinnvoll. Jedoch sind dabei die Verbrauchspotenziale durch die immensen Verluste beim Gastransfer zwischen den Zylindern begrenzt.
Für den Einsatz in PKW-Antrieben birgt ein angepasstes Miller-Brennverfahren das größte Verbrauchspotenzial. Es ermöglicht den Motorbetrieb in einem großen nutzbaren Kennfeldbereich mit hinreichender volumetrischen Leistungsdichte.
Eine theoretische Kreisprozessanalyse zeigt hierfür mögliche Maßnahmen zur erforderlichen Steigerung des Hochdruckwirkungsgrades auf. Die Verlängerung der Gasexpansionsphase kristallisiert sich dabei als zielführendste Maßnahme heraus. Die Auslegung, der Aufbau und die Vermessung darauf basierender Versuchsträger ermöglichte die erstmalige Quantifizierung der realen Wirkungsgradpotenziale.
Die Verlängerung der Expansion direkt innerhalb des Zylinders wird durch den Einsatz von Miller-Steuerzeiten sowie einem Mehrgelenkskurbeltrieb mit alternierender Kolbenhubfunktion realisiert. Als limitierend zeigen sich nachteilige Verbrennungsrandbedingungen, wodurch die theoretischen Potenziale nur teilweise umgesetzt werden können. Für höhere Grade an Expansionsverlängerung erschien deshalb der Einsatz eines zusätzlichen Expansionszylinders sinnvoll. Jedoch sind dabei die Verbrauchspotenziale durch die immensen Verluste beim Gastransfer zwischen den Zylindern begrenzt.
Für den Einsatz in PKW-Antrieben birgt ein angepasstes Miller-Brennverfahren das größte Verbrauchspotenzial. Es ermöglicht den Motorbetrieb in einem großen nutzbaren Kennfeldbereich mit hinreichender volumetrischen Leistungsdichte.
Schlagwörter: Wirkungsgrad; Ottomotor; Verbrennungsmotor
Berichte zur Thermodynamik und Verfahrenstechnik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Michael Wensing und Prof. Dr.-Ing. Stefan Will, Erlangen-Nürnberg
Band 2016,3
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