Die Entwicklung moderner Brennverfahren mit hohen Wirkungsgraden bedingt eine Reduzierung der Wandwärmeverluste. Eine genauere Betrachtung des Wandwärmeübergangs bei der Durchführung von Prozessrechnungen ist hierbei ein wichtiger Baustein.
In Band 1/2017 der Schriftenreihe wird der Wandwärmeübergang im Teillastbetrieb an einem Einzylinder-Forschungsmotor mit Benzin-Direkteinspritzung untersucht. Zur Beleuchtung der weitgehend unbekannten Verhältnisse am Kolben wird der Wandwärmeübergang hier einer detaillierten messtechnischen Betrachtung unterzogen. Beim Vergleich der vorgestellten Messergebnisse mit den Berechnungen etablierter Wandwärmeübergangsmodelle haben sich systematische Abweichungen gezeigt.
Im Fokus der Arbeit steht die Entwicklung eines Wandwärmeübergangsmodells für die nulldimensionale Prozessrechnung. Beim vorgestellten Ansatz wird auf einen empirischen Verbrennungsterm verzichtet und lediglich der konvektive Wandwärmeübergangskoeffizient berechnet. Anstelle des üblicherweise verwendeten Verbrennungsterms im globalen Wandwärmeübergangskoeffizienten wird ein Modell für die Erfassung der Brennraumoberflächen durch die Flammenausbreitung vorgeschlagen, das sich durch seine geringe Komplexität und einfache Handhabung auszeichnet.
Zur Berechnung der Differenz aus Gas- und Wandtemperatur wird die bekannte zweizonige Betrachtung des Brennraumes verwendet. Es ergibt sich ein übersichtlicher und nachvollziehbarer Einfluss der Modellparameter auf den Wandwärmeverlust, der die in den Messungen identifizierten Einflüsse in einem phänomenologischen Modell abbildet. Die definierten Randbedingungen wie das Erreichen des Kolbens oder der Zylinderlaufbuchse ermöglichen eine sinnvolle Wiedergabe der Verhältnisse. Durch die aufwendigen Messungen am Kolben konnten zudem der Einfluss der Kolbenstellung und der Verbrennungsschwerpunktlage mit abgebildet werden.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Mit der im Rahmen der vorliegenden Arbeit aufgebauten Hochdruck- Kraftstoffpumpe konnten die Umsetzbarkeit und das Potenzial ingenieurkeramischer Gleitsysteme für die Anwendung in Hochdruck- Kraftpumpen für Ottokraftstoff nachgewiesen werden. Dabei konnte ein Betriebsbereich von 100 bar bis 500 bar bei Pumpendrehzahlen von 300min-¹ bis 2900min-¹ unter geringer Reibung und wenig Verschleiß funtionssicher dargestellt werden. Der realisierte maximale Förderdruck liegt damit trotz Medienschmierung in beiden Gleitsystemen (Nocken- Gleitschuh- Kontakt und Kolben- Zylinder- Kontakt) um den Faktor 2,5 über dem aktuellen Stand der Technik von Hochdruck- Kraftstoffpumpen für Ottokraftstoff. Die begrenzende Größe für eine weitere Anhebung des Förderdrucks ist dabei nicht eines der Gleitsysteme mit ingenieurkeramischen Komponenten. Sie liegt vielmehr in der Prüfstandsperipherie und der mechanischen Belastung der modellhaften Hochdruck- Kraftstoffpumpe begründet, die zu Beginn der Arbeiten nur für 300 bar Förderdruck ausgelegt war. Die favorisierte (SSiC) in Selbstpaarung. Zusätzlich kommen auch einige Mischpaarungen aus der Keramik und dem Wälzlagerstahl 100Cr6 in Frage. Die vorliegende Arbeit zeigt damit eine gangbare Lösung für die Herausforderung einer Anhebung der Einspritzdrücke für die Benzin- Direkteinspritzung der Zukunft auf.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Die Schadstoffkonzentration im Rohabgas von Ottomotoren und die Konvertierungsrate von Drei-Wege-Katalysatoren sind vom Verbrennungsluftverhältnis abhängig, was sich im Mittel über die Lambdasonde einstellen lässt. Um in jedem einzelnen Zylinder definierte Gemischzusammensetzungen zu erhalten, müssen sowohl Luft- als auch Kraftstoffpfad geregelt werden. Zu diesem Zweck werden Softwarefunktionen auf der Motorsteuerung eingesetzt. Die Arbeit widmet sich der Entwicklung neuer Funktionen auf Seiten des Kraftstoffpfades, um die Zumessgenauigkeit von den in modernen Ottomotoren eingesetzten Direkteinspritzsystemen zu verbessern.
Das Betriebsverhalten der untersuchten Magnetventilinjektoren reagiert empfindlich auf Änderungen der Bauteilparameter, zu denen beispielsweise Alterungsvorgänge wie Ventilsitzverschleiß oder Düsenverkokung zählen. Somit ist der genaue Einspritzratenverlauf im Fahrzeug nicht bekannt. Die entwickelten Verfahren haben daher zum Ziel, Merkmale des Einspritzratenverlaufs zu identifizieren, um Korrekturen über die Ansteuerdauer der Injektoren vornehmen zu können. Zu diesen Merkmalen zählt die insgesamt innerhalb eines Einspritzpulses eingebrachte Kraftstoffmasse, der Injektordurchfluss sowie die Öffnungs- und Schließzeit. Die erzielbare Genauigkeit der Funktionen wird am Einspritzsystemprüfstand mit geeigneter Messtechnik ermittelt.
Fluktuationen im Luftverhältnis werden durch die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators gedämpft. Für optimale Konvertierungsbedingungen muss die Sauerstoffbeladung innerhalb eines definierten Bereichs gehalten werden. Daher wird ein auf der Motorsteuerung lauffähiges Sauerstoffbeladungsmodell aufgestellt, das in der Bestimmung des Sollwerts der einzuspritzenden Kraftstoffmasse berücksichtigt wird.
Aktualisiert: 2021-12-22
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Hochdruck-Einspritzventile stellen eine Schlüsselkomponente von Otto-Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung dar, wobei die Ventilsitzgeometrie maßgeblich das Kraftstoffspray bestimmt. Für ein optimales Brennverfahren ist deshalb ein motorspezifisch gestalteter Ventilsitz notwendig, d.h. für jeden Motor muss entsprechend der Vorgaben eine optimale Ventilsitzgeometrie gefunden werden.
Zuerst wird ein geeignetes Optimierungsproblem für die Ventilsitzgeometrie formuliert, das sich aus den konkurrierende Zielgrößen einer minimalen Penetration und einem minimalen Strahlkegelwinkel bei gleichbleibendem Massenstrom und Strahlrichtung des Kraftstoffes definiert.
Anschließend wird ein vollständig automatisierter 3D-CFD Simulationsablauf entwickelt, bewertet und eingesetzt. Hierbei stellt sich die Kopplung der Innenströmung mit einer Simulation des Kraftstoffsprays als bedeutend und zielführend heraus. Die Validierung erfolgt mittels skalenaufgelösten Berechnungsverfahren und Hochgeschwindigkeits-Sprayvisualisierungen und zeigt eine gute Übereinstimmung.
Innerhalb einer statistischen Versuchsplanung werden Metamodelle mit hoher Vorhersagequalität erstellt und neue Zusammenhänge zwischen Geometrie- und Strömungsgrößen aufgezeigt.
Der Einsatz der Metamodelle und des gekoppelten Simulationsablaufs im Rahmen von genetischen Optimierungen identifiziert optimale Ventilsitze und erlaubt die Ableitung von Auslegungskriterien im gesamten, sehr großen Parameterraum.
Abschließend werden vier Pareto-optimale Injektoren in den fertigbaren Raum überführt und hergestellt. Sowohl die numerische Berechnung als auch die Sprayvisualisierung der gefertigten Muster zeigen, dass die in der Optimierung gefundenen Vorteile der Spraycharakteristika erhalten bleiben.
Aktualisiert: 2021-01-19
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Der Ottomotor mit Direkteinspritzung erlangt zunehmende Bedeutung. Dessen Potenzial ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft, Leistungs- und Drehmomenterhöhung gepaart mit weiter reduziertem Kraftstoffverbrauch bei gleichzeitiger Schadstoffreduzierung geben klar die Richtung künftiger Entwicklungen vor. Als Schlüssel für diese Entwicklung können aus heutiger Sicht neue Einspritz- und Verbrennungsverfahren gelten, die den Technologieschub bewirken. Das Buch behandelt die neuesten Entwicklungen, beschreibt und bewertet Motorkonzepte, wie z.B. Downsizing und Aufladung und beschreibt die Anforderungen an Werkstoffe und Betriebsstoffe. Der Ausblick am Ende des Buches beleuchtet die Frage, ob Ottomotoren in Zukunft das Kraftstoff-Verbrauchsniveau von Dieselmotoren erreichen werden und ob alternative Antriebe Hubkolbenmotoren verdrängen werden. Für die 3. Auflage wurden Kapitel überarbeitet und aktualisiert. Des Weiteren wurde ein Abschnitt zur Vorentflammung und Flammenausbreitung bei Homogenbetrieb ergänzt.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Eingangs werden Arbeitsweise und Steuerung des Ottomotors erläutert. Systeme zur Füllungssteuerung, Einspritzung und Zündung werden anschließend als zentrale Steuerungsmechanismen vorgestellt. Wie dies in der Praxis umgesetzt wird, zeigen die Beschreibungen der Motronic-Ausführungen sowie der integrierten Steuerungs- und Regelungsfunktionen. Die aktuelle Technologie zur Verbrauchsreduzierung bei Ottomotoren wird in Form der Benzindirekteinspritzung dargestellt.Neu in der 3. Auflage sind: Erdgas-Betrieb von Ottomotoren (Bifuel-Motronic, wahlweise Erdgas- oder Benzin-Betrieb), Komponenten für Bifuel-Motronic, Abgasmesstechnik/Abgasmessgeräte. Außerdem wurden grundlegend überarbeitet: Alternative Kraftstoffe, Saugrohreinspritzung, Benzin-Direkteinspritzung (BDE) und ihre Komponenten, Zündkerzen für direkteinspritzende Ottomotoren, Katalytische Abgasreinigung und Diagnose.
Aktualisiert: 2023-04-07
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Die Entwicklung moderner Brennverfahren mit hohen Wirkungsgraden bedingt eine Reduzierung der Wandwärmeverluste. Eine genauere Betrachtung des Wandwärmeübergangs bei der Durchführung von Prozessrechnungen ist hierbei ein wichtiger Baustein.
In Band 1/2017 der Schriftenreihe wird der Wandwärmeübergang im Teillastbetrieb an einem Einzylinder-Forschungsmotor mit Benzin-Direkteinspritzung untersucht. Zur Beleuchtung der weitgehend unbekannten Verhältnisse am Kolben wird der Wandwärmeübergang hier einer detaillierten messtechnischen Betrachtung unterzogen. Beim Vergleich der vorgestellten Messergebnisse mit den Berechnungen etablierter Wandwärmeübergangsmodelle haben sich systematische Abweichungen gezeigt.
Im Fokus der Arbeit steht die Entwicklung eines Wandwärmeübergangsmodells für die nulldimensionale Prozessrechnung. Beim vorgestellten Ansatz wird auf einen empirischen Verbrennungsterm verzichtet und lediglich der konvektive Wandwärmeübergangskoeffizient berechnet. Anstelle des üblicherweise verwendeten Verbrennungsterms im globalen Wandwärmeübergangskoeffizienten wird ein Modell für die Erfassung der Brennraumoberflächen durch die Flammenausbreitung vorgeschlagen, das sich durch seine geringe Komplexität und einfache Handhabung auszeichnet.
Zur Berechnung der Differenz aus Gas- und Wandtemperatur wird die bekannte zweizonige Betrachtung des Brennraumes verwendet. Es ergibt sich ein übersichtlicher und nachvollziehbarer Einfluss der Modellparameter auf den Wandwärmeverlust, der die in den Messungen identifizierten Einflüsse in einem phänomenologischen Modell abbildet. Die definierten Randbedingungen wie das Erreichen des Kolbens oder der Zylinderlaufbuchse ermöglichen eine sinnvolle Wiedergabe der Verhältnisse. Durch die aufwendigen Messungen am Kolben konnten zudem der Einfluss der Kolbenstellung und der Verbrennungsschwerpunktlage mit abgebildet werden.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Eingangs werden Arbeitsweise und Steuerung des Ottomotors erläutert. Systeme zur Füllungssteuerung, Einspritzung und Zündung werden anschließend als zentrale Steuerungsmechanismen vorgestellt. Wie dies in der Praxis umgesetzt wird, zeigen die Beschreibungen der Motronic-Ausführungen sowie der integrierten Steuerungs- und Regelungsfunktionen. Die aktuelle Technologie zur Verbrauchsreduzierung bei Ottomotoren wird in Form der Benzindirekteinspritzung dargestellt.Neu in der 3. Auflage sind: Erdgas-Betrieb von Ottomotoren (Bifuel-Motronic, wahlweise Erdgas- oder Benzin-Betrieb), Komponenten für Bifuel-Motronic, Abgasmesstechnik/Abgasmessgeräte. Außerdem wurden grundlegend überarbeitet: Alternative Kraftstoffe, Saugrohreinspritzung, Benzin-Direkteinspritzung (BDE) und ihre Komponenten, Zündkerzen für direkteinspritzende Ottomotoren, Katalytische Abgasreinigung und Diagnose.
Aktualisiert: 2023-04-06
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Mit der im Rahmen der vorliegenden Arbeit aufgebauten Hochdruck- Kraftstoffpumpe konnten die Umsetzbarkeit und das Potenzial ingenieurkeramischer Gleitsysteme für die Anwendung in Hochdruck- Kraftpumpen für Ottokraftstoff nachgewiesen werden. Dabei konnte ein Betriebsbereich von 100 bar bis 500 bar bei Pumpendrehzahlen von 300min-¹ bis 2900min-¹ unter geringer Reibung und wenig Verschleiß funtionssicher dargestellt werden. Der realisierte maximale Förderdruck liegt damit trotz Medienschmierung in beiden Gleitsystemen (Nocken- Gleitschuh- Kontakt und Kolben- Zylinder- Kontakt) um den Faktor 2,5 über dem aktuellen Stand der Technik von Hochdruck- Kraftstoffpumpen für Ottokraftstoff. Die begrenzende Größe für eine weitere Anhebung des Förderdrucks ist dabei nicht eines der Gleitsysteme mit ingenieurkeramischen Komponenten. Sie liegt vielmehr in der Prüfstandsperipherie und der mechanischen Belastung der modellhaften Hochdruck- Kraftstoffpumpe begründet, die zu Beginn der Arbeiten nur für 300 bar Förderdruck ausgelegt war. Die favorisierte (SSiC) in Selbstpaarung. Zusätzlich kommen auch einige Mischpaarungen aus der Keramik und dem Wälzlagerstahl 100Cr6 in Frage. Die vorliegende Arbeit zeigt damit eine gangbare Lösung für die Herausforderung einer Anhebung der Einspritzdrücke für die Benzin- Direkteinspritzung der Zukunft auf.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Die präzise Kraftstoffdosierung spielt bei der Benzin-Direkteinspritzung eine wesentliche Rolle im Hinblick auf Abgasemissionen und Verbrauch. Fertigungsbedingte Injektor-zu-Injektor-Streuungen und Bauteildriften müssen ausgeglichen werden. In dieser Arbeit wird ein neuartiges Kalibrierungsverfahren für Magnet-Injektoren vorgestellt, das den während der Kraftstoffeinspritzung emittierten Körperschall zur Öffnungsdauerschätzung nutzt.
Aktualisiert: 2021-02-11
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