Ottomotor mit Direkteinspritzung

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Edith Sauer
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1 Richard van Basshuysen (Hrsg.) Ottomotor mit Direkteinspritzung Verfahren, Systeme, Entwicklung, Potenzial 2., überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 399 Abbildungen Ulrich Spicher und 24 Mitautoren ATZ/MTZ-Fachbuch VIEWEG+ TEUBNER

2 XIII Kapitel, Beiträge und Mitarbeiter 1 Einleitung 2 Geschichte der Benzin-Direkteinspritzung 3 Gemischbildungs- und Verbrennungsverfahren 3.1 Grundlagen der Gemischbildung 3.2 Direkteinspritzung mit homogenem Gemisch 3.3 Direkteinspritzung mit geschichtetem Gemisch 3.4 Zündimg und Verbrennung 3.5 Benzin-Direkteinspritzung bei homogen kompressionsgezündeter Verbrennung Akustik 3.6 Kombiniertes Diesel/Otto- Verbrennungsverfahren 4 Einspritzsysteme und Systemübersicht 5 Leistung und Drehmoment 6 Aufladung 6.1 Mechanische Aufladung 6.2 Abgasturboaufladung 6.3 Synergien zwischen Abgasturboaufladung und der Direkteinspritzung bei Ottomotoren 6.4 Hochaufladung durch elektrisch angetriebenen Lader 6.5 Komplexe Aufladesysteme 7 Kraftstoffverbrauch 8 Dovvnsizing und Downspeeding Dr.-Ing. E. h. Richard van Basshuysen Dr.-Ing. Uwe Meinig Dipl.-Ing. Thomas Heidenreich Dr.-Ing. Harald Stoffels Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Rudolf Menne Dipl.-Ing. Jan Patrick Häntsche Dipl.-Ing. Thomas Heidenreich Dr. Stefan Münz Dr. Stefan Münz Dr. Stefan Münz - Dr. Stefan Münz

3 XIV Kapitel, Beiträge und Mitarbeiter 9 Abgasemissionen und Schadstoffreduzierung 9.1 Schadstoffentstehung beim Motorprozess 9.2 Gesetzliche Vorschriften 9.3 Schadstoffreduzierung einschließlich Partikel 9.4 Neue Wege der Schadstoffreduzierung 10 Geräuschemissionen 11 Einflüsse der Benzin-Direkteinspritzung auf weitere Motor-Einzelsysteme 11.1 Zündsysteme 11.2 Kolben 11.3 Ventile, Ventilsitzringe, Ventilführungen 11.4 Luftansaugsysteme moderner Ottomotoren 11.5 Kurbelgehäuseentlüftung 11.6 Lufttaktventil 11.7 Tankentlüftung 11.8 Zuheizmaßnahmen für den Fahrzeuginnenraum 12 Direkteinspritzung im Hybridverbund 13 Betriebsstoffe -> 13.1 Ottokraftstoffe 13.2 Schmierstoffe für Ottomotoren 14 Motorkonzepte 14.1 Serienkonzepte 14.2 Konzepte für den Motorsport und Impulse für die Serienentwicklung 14.3 Zweitaktmotoren mit Direkteinspritzung 15 Benzin-Direkteinspritzung in den Märkten der Triade 16 Ausblick Dipl.-Ing. Thomas Heidenreich Dipl.-Ing. Wolfgang Maus Dipl.-Ing. Oswald Holz Dr.-Ing. Harald Stoffels Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Rudolf Menne Dr.-Ing. Wolfgang Ißler Dipl.-Ing. Alexander Puck Dr.-Ing. Stephan Wild Dr.-Ing. Bernhard Huurdemann Dr.-Ing. Uwe Meinig Dr.-Ing. Alfred Elsaesser Dr.-Ing. Uwe Meinig Michael Clade Prof. Dr.-Ing. Ulrich Seiffert Dr. Dieter Walther Ulrich Baron Dr.-Ing. Heiko Kubach Dipl.-Ing. Ulrich Baretzky Dipl.-Ing. Wolfgang Hatz Univ.-Prof. Dr. Helmut Eichlseder Dipl.-Betriebsw. Christian Scharnhorst Dr.-Ing. E. h. Richard van Basshuysen

4 XV Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Geschichte der Benzin-Direkteinspritzung 3 3 Gemischbildungs-und Verbrennungsverfahren Grundlagen der Gemischbildung Kraftstoffaufbereitung Strömungsverhalten Direkteinspritzung mit homogenem Gemisch Direkteinspritzung mit geschichtetem Gemisch Wandgeführte Brennverfahren Luftgeführte Brennverfahren Strahlgeführte Brennverfahren Zündung und Verbrennung " Benzin-Direkteinspritzung bei homogen kompressionsgezündeter Verbrennung Thermodynamik Konzepte und Betriebsstrategien bei Benzin-Selbstzündung Eingriffsmöglichkeiten bei Direkteinspritzung Potenziale hinsichtlich Verbrauch und Schadstoffemission Akustik Kombiniertes DieseWOtto-Verbrennungsverfahren Einspritzsysteme und Systemübersicht Luftunterstützte Niederdruck-Direkteinspritzung Common-Rail-Hochdrack-Direkteinspritzung Hochdruck-Kraftstoffpumpe Rail Hochdruck-Einspritzventile/Einspritzdüsen Einspritzstrategien Leistung und Drehmoment Aufladung Mechanische Aufladung Abgasturboaufladung.' Synergien zwischen Abgasturboaufladung und der Direkteinspritzung bei Ottomotoren Hochaufladung durch elektrisch angetriebenen Lader Komplexe Aufladesysteme 182

5 XVI Inhaltsverzeichnis 7 Kraftstoffverbrauch Downsizing und Downspeeding : Downsizing Downspeeding Abgasemissionen und Schadstoffreduzierung Schadstoffentstehung beim Motorprozess Gesetzliche Vorschriften Schadstoffreduzierung einschließlich Partikel Neue Wege der Schadstoffreduzierung Geräuschemissionen Gesetzliche Vorschriften Verbrennungsgeräusche Vergleich Gasoline Direct Injection (GDI homogen) mit GDI geschichtet Einfluss des Drall- und Tumble-Niveaus auf die Verbrennungsanregung Einfluss der Abgasrückführungsrate (AGR) auf das Verbrennungsgeräusch ' Einfluss des Betriebsmodenwechsels Optimierung des Leerlaufs im Schichtbetrieb Mechanische Geräusche Optimierung des Klopfregelsystems Einfluss des Kraftstoffhochdruckverteilsystems Akustikaspekte von GDI-Downsizing-Konzepten Vergleich leistungsgleicher Aggregate Akustik des Otto-DI-Downsizing im Vergleich Abgestrahltes Geräusch und Geräuschqualität Vergleich von fahrleistungsbezogenen Pegelgrößen Akustik von Aufladesystemen Einfluss der Rraftstoffqualität auf die Akustik Aktive Gestaltung der Geräuschqualität Einflüsse der Benzin-Direkteinspritzung auf weitere Motor-Einzelsysteme Zündsysteme Funkenzündsysteme Laserzündung Mikrowellenzündung Kolben Werkstoffe Herstellverfahren Gestaltung und Bauteilfestigkeit 294

6 Inhaltsverzeichnis XVII 11.3 Ventile, Ventilsitzringe, Ventilführungen Ventile und Ventilsitzringe Ablagerungen auf Einlassventilen bei der Benzin-Direkteinspritzung Ventilführungen Leichtbauventile Luftansaugsysteme moderner Ottomotoren Thermodynamik des Ansaugsystems Saugrohre für selbst ansaugende Motoren Saugrohre aufgeladener Ottomotoren Saugrohre aufgeladener Ottomotoren mit Direkteinspritzung Kurbelgehäuseentlüftung Lufttaktventil Technologiebeschreibung Bauprinzip und Randbedingungen Thermodynamisches Potenzial Tankentlüftung Zuheizmaßnahmen für den Fahrzeuginnenraum Einleitung Zuheizerausführungen Elektrischer PTC-Zuheizer luftseitig Elektrischer Kühlwasserheizer Brennstoffzuheizer Visco-Heizer Abgaswärme-Zuheizer Zusammenfassung und Ausblick Benzin-Direkteinspritzung im elektrischen Hybridverbund Einleitung Hybridantriebe für Pkw Betriebsstoffe Ottokraftstoffe Einleitung Allgemeine Grundlagen Ottokraftstoffkomponenten und Ottokraftstoffauftnischung Anforderungen an Ottokraftstoffe und ihre praktische Bedeutung Kraftstoffeinflüsse auf die Abgasemissionen Ottokraftstoffe mit Bioanteil: Bio-Ethanol und Ethyl-Tertiär-Buthyl-Ether (ETBE) Schmierstoffe für Ottomotoren Schmierstoffarten Aufgaben des Motoröls Anforderungen an das Motoröl Aufbau von Motorölen 374

7 XVIII Inhaltsverzeichnis Viskosität Grundöle Additive Leistungsklassen von Motorölen Betriebsstoffvorschriften der Pkw-Hersteller Ausblick Motorkonzepte Serienkonzepte Geschichte Konzepte mit Schichtladung: wand- und luftgefuhrte Brennverfahren ; Konzepte mit homogenem Gemisch Konzepte mit Aufladung Konzepte mit Schichtladung: strahlgeführte Brennverfahren Konzepte für den Motorsport und Impulse für die Serienentwicklung Einleitung Benzin-Direkteinspritzung im Rennsport V8 Biturbo mit Direkteinspritzung für das 24-h-Rennen von Le Mans Übertragung auf einen 2 1 Serienmotor mit Direkteinspritzung und Turboaufladung Gegenüberstellung der Motoren mit Direkteinspritzung für den Rennsport und für die Serie Zusammenfassung und Ausblick Zweitakt-Ottomotoren mit Direkteinspritzung Einleitung Historie Serienkonzepte Anwendungen und Ausblick Benzin-Direkteinspritzung in den Märkten der Triade Einleitung Die Märkte der Triade Ausblick Ausblick 439 Sachwortverzeichnis 445

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