TY  - THES
A3  - Seeger, Thomas
AB  - Ambitionierte CO2-Flottenzielwerte und strenge Emissionsvorschriften zukünftiger Gesetzgebungen stellen hohe Anforderungen an die Fahrzeugentwicklung. Eine weitere Wirkungsgradsteigerung des Ottomotors trägt demzufolge dazu bei, die Zielwerte zu erreichen. Theoretisch steigt der Wirkungsgrad eines Ottomotors mit zunehmendem Verdichtungsverhältnis. In der Realität bietet ein steigendes Verdichtungsverhältnis in der unteren Teillast zwar Effizienzvorteile, jedoch sinkt die Klopffestigkeit bei höheren Lasten deutlich ab. Insbesondere bei Downsizing-Ottomotoren in Kombination mit hohem Fahrzeuggewicht können in Realfahrten häufig hohe Mitteldrücke beobachtet werden. Hierdurch wird Motorklopfen begünstigt, was eine Rücknahme des Zündwinkels erfordert. Die daraus resultierenden späten Verbrennungsschwerpunktlagen sind nicht wirkungsgradoptimal. Eine hohe Klopffestigkeit ist somit für einen hohen Wirkungsgrad zukünftiger Downsizing-Brennverfahren essentiell.

In dem vorliegenden wissenschaftlichen Beitrag erfolgt die Untersuchung und Bewertung neuer Technologiekombinationen zur Wirkungsgradsteigerung des Ottomotors unter Berücksichtigung des Emissionsausstoßes. Im Mittelpunkt der vorrangig experimentellen Analysen, welche zusätzlich durch Berechnungen, Simulationen und optische Hochgeschwindigkeitsaufnahmen ergänzt werden, stehen das Miller-Brennverfahren, die direkte Hochdruckkraftstoffeinspritzung und die Wassereinspritzungstechnologie. Bei den experimentellen Versuchen kommen sowohl spezielle Einzylinderaggregate als auch Vollmotortechnologieträger zum Einsatz.

Insgesamt können mit dieser Arbeit die folgenden Kernergebnisse gewonnen werden:

- Zunehmend frühere Einlass-Schließt-Zeitpunkte bewirken eine kontinuierliche Steigerung der Klopffestigkeit. Ohne eine geeignete Ladungsbewegung nimmt dabei jedoch die Verbrennungsstabilität stark ab, sodass ein Betrieb bei höheren Lasten teilweise nicht mehr möglich ist.

- Die Einlassnocken-, Einlasskanal- und Kolbengeometrie beeinflussen die Ladungsbewegung signifikant. Ein zu geringer maximaler Einlassnockenhub kann die Ausbildung einer Tumbleströmung entscheidend stören. Das Zusammenspiel aus Einlasskanal- und Kolbengeometrie führt zu komplexen Strömungsstrukturen, welche sich bedeutend auf das Verbrennungsverhalten auswirken. Verluste durch verhältnismäßig geringe Durchflusswerte des Einlasskanals können durch eine gesteigerte Klopffestigkeit überkompensiert werden.

- Bei einer gezielten selektiven Kühlung, in Kombination mit einem deutlich reduzierten Kühlwasservolumenstrom, entstehen keine Nachteile für die Klopffestigkeit beim Miller-Brennverfahren.

- Mit einer für das Miller-Brennverfahren optimierten Mehrfach-Kraftstoffeinspritzung lässt sich der Wirkungsgrad und die Laufruhe bei gleichzeitig niedrigem Partikelemissionsniveau weiter steigern. Eine Kraftstoffdruckerhöhung von 350 bar auf 500 bar führt zu keiner grundlegenden Veränderung der thermodynamischen Verbrennung und kann unter Voraussetzung einer optimalen Einspritzstrategie sowie bestimmter Rahmenbedingungen eine weitere Reduktion der Partikelemissionen bewirken.

- Im Vergleich zur Kanalwassereinspritzung erzielt die Direktwassereinspritzung beim Miller-Brennverfahren eine deutlich stärkere Steigerung des Wirkungsgrades und der Laufruhe, wobei die Technologie aufgrund unvollständiger Wasserverdampfung bis zum Zündzeitpunkt theoretisch noch weiteres Potential bietet.

- Für eine partikelarme Verbrennung ist eine zeitliche Trennung von Kraftstoff- und Wassereinspritzung ratsam. Während bei kleinen Wassermengen eine Reduktion von Nanopartikeln zu beobachten ist, fördern größere Wassermengen die Partikelbildung und einen erhöhten Ausstoß von HC-Emissionen.
AU  - Neumann, Nils
DA  - 2021
DO  - 10.25819/ubsi/10000
KW  - Ottomotor
KW  - Downsizing-Ottomotor
KW  - Klopffestigkeitssteigerung
KW  - Miller-Brennverfahren
KW  - Hochdruckkraftstoffeinspritzung
KW  - Wassereinspritzung
LA  - ger
PY  - 2021
TI  - Untersuchung der Auswirkungen neuer Technologiekombinationen auf den ottomotorischen Arbeitsprozess zur weiteren Wirkungsgradsteigerung von zukünftigen Pkw-Antriebsstrangkonfigurationen
TT  - Investigation of the effects of new technology combinations on the gasoline engine work process to further increase the efficiency of future passenger car powertrain configurations
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-19892
Y2  - 2024-12-26T07:47:42
ER  -