Betriebsstrategien der Benzinselbstzündung. Präsentiert von: Bercan Tuna, Lasse Kier und Alper Gezgin

Transkript

1 Betriebsstrategien der Benzinselbstzündung Präsentiert von: Bercan Tuna, Lasse Kier und Alper Gezgin

2 Agenda Einleitung Konventionelle ottomotorische Brennverfahren Versuchsträger Betriebsstrategien der Benzinselbstzündung Vergleich der Betriebsarten Zusammenfassung

3 Konventionelle ottomotorische Brennverfahren Nachteile einer fremdgezündeten Verbrennung Beeinträchtigung des Prozesswirkungsgrades Besserer Ansatz zur Entdrosselung Kennzeichnung einer homogen Zylinderfüllung durch Selbstzündung Vorteil: Stark reduzierten Stickoxidemission Verbesserter Wirkungsgrad

4 Konventionelle ottomotorische Brennverfahren Besserer Ansatz zur Entdrosselung Herausforderung: Kontrolle des Brennbeginns da keine externe Zündquelle vorhanden Wechsel zwischen der kontrollierten Selbstzündung und dem fremdgezündeten

5 Versuchsträger Untersuchung an einem direkteinspritzenden Einzylinderaggregat mit vollvariabler elektrohydraulischer Ventilsteuerung Basiert auf einem 3,5l-V6-Ottomotor der Daimler AG Ermöglicht den Einsatz eines geschichteten Brennverfahren zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs Sehr gute Gemischaufbereitung

6 Funktion Dieselmotor Es wird nur Luft angesaugt Verdichten auf Bar Verdichtungstemperatur C Kraftstoff wird eingespritzt Selbstentzündung (350 C notwendig)

7 Funktion Benzinmotor Kraftstoff wird eingespritzt Luft angesaugt Gemisch verdichten auf 8-15 Bar Verdichtungstemperatur C Zündung durch Zündkerze (Keine Selbstzündung möglich)

8 Dieselmotor mit Benzin Das Benzin würde unkontrolliert verbrennen Benzin verbrennt zu schnell (Gleichraumverbrennung)

9 Lösungsansatz Ein Benzinmotor mit Selbstzündung geringere Verdichtung Keine Selbstentzündung Notwendige fehlende Temperatur aus Abgasen Elektronische Steuerung der Ventile gezielte Konditionierung der Gemisch- Temperatur möglich kontrollierte Selbstentzündung vom Benzin

10 Abgasrückhaltung Abgasrücksaugen Verwendung der Abgase

11 Ventilhebungskurven

12 Abgasrückhaltung Restgasmenge wird komprimiert Änderung des Luftverhältnisses durch Restgas Kraftstoffeinspritzung während der Restgaskompression Reaktivität wird erhöht Aufteilung der Einspritzung Kraftstoffeinspritzung während der Restgaskompression Saughubeinspritzung Abmagerung durch verbesserte Verbrennungslage möglich

13 Abgasrückhalten Brennverlauf innerhalb der Restgaskompression bei verschiedenen Restgasraten (2000/min 2 bar pmi)

14 Abgasrückhalten Brennverlauf innerhalb der Restgaskompression mit verschiedenen Voreinspritzzeitpunkten (2000/min 2 bar pmi)

15 Abgasrücksaugen Rücksaugen führt durch Abkühlung im Krümmer zu niedriger Restgastemperatur Darstellung höherer Lasten möglich Gemischzusammensetzung durch Saugrohrdruck Androsselung begrenzt Luftmasse und erhöht Abgasmasse Verbrennungslage ist kontrollierbar Zunehmende Luftverdünnung Brenndauer steigt Kompromiss zwischen Stabilität und Wirkungsgrad

16 Vergleich der Betriebsarten Neben der Benzinselbstzündung werden weitere Brennverfahren verglichen. Referenz ist der fremdgezündete Betrieb bei λ = 1. Hauptarten: Selbstzündung (HCCI), Fremdzündung (SI) Schichtbetrieb Umsetzung jeweils mit verschiedenen Methoden Großer/kleiner Ventilhub Abgasrückhaltung/Abgasrücksaugen

17 Schichtbetrieb

18 Besserer Vergleich der Betriebsarten durch sog. thermodynamische Verlustteilung Wandwärmeverluste Unvollständige Verbrennung Reale Verbrennung Selbstzündung Schichtbetrieb λ >> 1 (HCCI) Höchste Wärmeverluste! Niedrigste Wärmeverluste! Niedrigste η-verluste Höchster η-verlust Niedrigste Verluste Reale Zylinderladung Hohes Restgasgehalt Niedrigste η-verlust Reale Wärmefreisetzung Geringe Verluste Geringe Verluste

19 Verbräuche verschiedener Brennverfahren

20 Rohemissionen ❼ Spezifische Rohemissionen, COV und Luftverhältnis verschiedener Brennverfahren (2000/min 3 bar pmi) 09I2010

21 Wirkungsgradverluste ❽ Thermodynamische Verlustteilung verschiedener Brennverfahren (2000/min 3 bar pmi)

22 5. Zusammenfassung Der beste Wirkungsgrad wird an der mageren Betriebsgrenze erzielt. Vorteile vor allem im Teillastbereich Verbrauchseinsparungen von bis zu 21,5% Reduzierung von Stickoxidemissionen auf ein Minimum bessere Verbrennung durch kompakten Brennraum Variable Vorverdichtung des Motors