Titelaufnahme

Titel
Optimierung der Partikelrohemissionen sowie des Brennverhaltens aufgeladener Ottomotoren / Andreas Mlejnek
VerfasserMlejnek, Andreas
Begutachter / BegutachterinPucher, Ernst ; Puxbaum, Hans
Erschienen2006
Umfang132 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2006
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Partikel / Brennverfahren / Ottomotor / Aufladung / Turbo / Direkteinspritzung
Schlagwörter (EN)particulate matter / combustion system / charging / turbo / direct injection
Schlagwörter (GND)Ottomotor / Abgasturboaufladung / Direkteinspritzung / Schadstoffemission / Rußemission / Ottomotor / Abgasturboaufladung / Direkteinspritzung / Brennverlauf
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-15808 Persistent Identifier (URN)
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Optimierung der Partikelrohemissionen sowie des Brennverhaltens aufgeladener Ottomotoren [4.84 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Neben der Erfüllung der Emissionslimits sind die europäischen Automobilhersteller zwecks Erfüllung des ACEA - Abkommens dazu angehalten, die CO2 Flottenemission zu senken. Eine vielversprechende Technologie, um den Kraftstoffverbrauch bei Ottomotoren zu senken ist das Konzept der Betriebspunktverlagerung durch Downsizing. Insbesondere hat sich die Kombination von Abgassturboaufladung mit Direkteinspritzung als erfolgversprechender Weg zur Verbrauchsreduktion herausgestellt. Es wurde jedoch bei hochaufgeladenen Ottomotoren ein Anstieg der Rußemission festgestellt.

In der vorliegenden Arbeit wurde an einem aufgeladenen Einzylinderaggregat mit Direkteinspritzung die Auswirkung verschiedener brennverfahrensrelevanter Parameter, Gemischbildner und Gemischbildungsstrategien auf Leistung und Rußemission untersucht.

Zusätzlich erfolgte eine Überprüfung der für Leistung und Rußemission relevanten thermodynamischen und reaktionskinetischen Randbedingungen durch Analysen am Transparentaggregat, Strahldiagnostik, Brennverlaufsrechnung und Simulation.

Zur Beurteilung der maßgeblichen Größen der Reaktionskinetik der Rußbildung (globales Lambda, Restsauerstoffgehalt, Rußbildungsdauer, Rußoxidationsdauer, Spitzentemperatur, Gemischbildungsdauer, Ladungsbewegung, Ansteuerbeginn) wurden die Versuchsdaten mittels Regressionsanalyse bewertet. Dabei wurde festgestellt, daß molekularer Restsauerstoff, aber auch die Rußbildungsdauer keinen Einfluß auf die Rußemission haben. Haupteinflußgröße auf die Rußentstehung ist die Diffusionsverbrennung schlecht aufbereiteten Kraftstoffes, verursacht durch Kolbenbenetzung und zu geringe Gemischbildungsdauern. Im Allgemeinen ist jedoch festzustellen, daß kein Trade - Off zwischen Leistung und Rußemission besteht. Leistungsfördernd wirken sich im untersuchten Lastpunkt vor allem sogenanntes Scavenging, d.h. der Betrieb mit großer Ventilüberschneidung, sowie eine zentrale Zündkerzenposition mit den dadurch bedingten kurzen Brennwegen aus. Durch geeignete Maßnahmen, wie Ladungsbewegung und der Auslegung des Gemischbildners auf hohe Injektordurchflüsse in Kombination mit getakteter Einspritzung ist ein rußfreier Motorbetrieb an der aufgeladenen Vollast möglich.

Zusammenfassung (Englisch)

Besides fulfilling emission limits, european car manufacturers are forced to reduce CO2 fleet emissions to reach the requirements of the ACEA commitment. Downsizing seems to be one of the best technologies to reduce fuel consumption of SI - engines. Especially the combination of turbocharging and direct-injection is said to be the most promising way to achieve less fuel consumption. Unfortunately charged SI - engines indicate an increase of soot emission.

This paper shows the results of engine tests of a charged single cylinder engine with direct gasoline injection. The effects of parameters of the combustion system, different injector types and injecting strategies on soot and performance are investigated. Besides, boundary conditions for thermodynamic and reactivity cinetics are approved by tests on an optical engine, spray diagnostics, thermodynamic analysis and CFD - calculation. To assess the main terms of soot formation (lambda, residual O2, soot formation endurance, soot oxidation endurance, peak temperature, mixture formation timing, charge motion, start of injection) data has been proved by regression analysis. The influence of Residual O2, as well as soot formation endurance on soot formation is detected to be neglectable. The combustion of liquid fuel caused by piston wetting and poor mixture formation timing is mainly responsible for in - cylinder soot formation.

In general no trade-off of performance and soot formation is detected.

Scavenging (operation with great valve-laps), as well as a central position of the spark plug (causing short combustion discances) increase performance in the investigated operation point. Improved charge motion and injectors with great static flows combined with divided fuel injection make WOT engine operation without soot emission possible.