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Frithjof Schwerdt
Optimierungspotentiale von verdünnten Brennverfahren beim Ottomotor
Diese Arbeit zeigt verschiedene Wege auf, den Kraftstoffverbrauch eines mit Luft und Restgas verdünnten ottomotorischen Brennverfahrens zu reduzieren. Im Fokus der Untersuchung steht die Ausweitung der Verdünnungsgrenze. Dafür werden experimentelle Versuche an einem kleinvolumigen 1-Zylinderforschungsmotor in der mittleren Teillast und im aufgeladenen klopfbegrenzten Betrieb durchgeführt.
Variationsparameter sind unter anderem Einlasskanalgeometrie, Verdichtungsverhältnis, Ventilsteuerzeiten, Ventiltaschentiefe, Ventilwinkel, Brennraumgeometrie und Zündsysteme. Die wichtigsten Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden:
- Der magere Betrieb zeigt ein erhebliches Potential für Kraftstoffverbrauchseinsparungen.
- Es zeigt sich, dass in der Teillast im Magerbetrieb der interne Restgasgehalt durch Luft ersetzt werden kann. Dies ermöglicht eine geringe Ventilüberschneidung und somit kleinere Ventiltaschen in der Kolbenoberfläche.
- Eine Reduzierung der Ventiltaschentiefe intensiviert die Ladungsbewegung und verkürzt dadurch die Hauptbrenndauer.
- Eine Steigerung der Ladungsbewegung durch den Einlasskanal reduziert die Hauptbrenndauer und steigert die Verdünnungsverträglichkeit erheblich.
- Ein flacherer Ventilwinkel ermöglicht eine verbesserte Aufrechterhaltung der Ladungsbewegung in der Kompression und reduziert durch das geringere Oberflächen-Volumen-Verhältnis die Wandwärmeverluste.
- Eine weitere Steigerung des Verdichtungsverhältnisses über 12:1 hinaus zeigt nur noch eine relativ geringe Erhöhung des Wirkungsgrades.
- In dem klopfbegrenzten Betrieb kann durch die Kombination von frühen Einlassschließen, einer mageren Verbrennung und einer passiven Vorkammerzündkerze die Klopfempfindlichkeit und damit der Kraftstoffverbrauch erheblich reduziert werden.
Variationsparameter sind unter anderem Einlasskanalgeometrie, Verdichtungsverhältnis, Ventilsteuerzeiten, Ventiltaschentiefe, Ventilwinkel, Brennraumgeometrie und Zündsysteme. Die wichtigsten Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden:
- Der magere Betrieb zeigt ein erhebliches Potential für Kraftstoffverbrauchseinsparungen.
- Es zeigt sich, dass in der Teillast im Magerbetrieb der interne Restgasgehalt durch Luft ersetzt werden kann. Dies ermöglicht eine geringe Ventilüberschneidung und somit kleinere Ventiltaschen in der Kolbenoberfläche.
- Eine Reduzierung der Ventiltaschentiefe intensiviert die Ladungsbewegung und verkürzt dadurch die Hauptbrenndauer.
- Eine Steigerung der Ladungsbewegung durch den Einlasskanal reduziert die Hauptbrenndauer und steigert die Verdünnungsverträglichkeit erheblich.
- Ein flacherer Ventilwinkel ermöglicht eine verbesserte Aufrechterhaltung der Ladungsbewegung in der Kompression und reduziert durch das geringere Oberflächen-Volumen-Verhältnis die Wandwärmeverluste.
- Eine weitere Steigerung des Verdichtungsverhältnisses über 12:1 hinaus zeigt nur noch eine relativ geringe Erhöhung des Wirkungsgrades.
- In dem klopfbegrenzten Betrieb kann durch die Kombination von frühen Einlassschließen, einer mageren Verbrennung und einer passiven Vorkammerzündkerze die Klopfempfindlichkeit und damit der Kraftstoffverbrauch erheblich reduziert werden.
Schlagwörter: Ottomotor; Verbrennungsmotor; Brennverfahren; Ladungswechsel; Miller; frühes Einlassschließen
Berichte zur Thermodynamik und Verfahrenstechnik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Michael Wensing und Prof. Dr.-Ing. Stefan Will, Erlangen-Nürnberg
Band 2020,1
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