Zündwinkelhaken bei verschiedenen. Einlassnockenwellenstellungen

Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Vortragender: Lehrveranstaltung: Energieeffiziente Antriebssysteme Dozent: Professor Dr.-Ing V. Gheorghiu 1

Vorwort Diese Präsentation zeigt die Ergebnisse einer Versuchsreihe, welche am hochschuleigenen Motorenprüfstand der HAW Hamburg gefahren wurde. Die Erkenntnisse werden im Rahmen der Vorlesung vorgestellt und diskutiert. 2

Inhaltsübersicht 1. Einleitung Versuchsmotor Betriebspunkte Durchführung 2. Auswertung Performance Emissionen Druckverläufe Heizverläufe 3. Zusammenfassung 3

Inhaltsübersicht 1. Einleitung Versuchsmotor Betriebspunkte Durchführung 2. Auswertung Performance Emissionen Druckverläufe Heizverläufe 3. Zusammenfassung 4

Einleitung Versuchsmotor 1,4 l TSI von Volkswagen: Ottomotor Direkteinspritzung 4 Zylinder Reihe Hubraum von 1,39 l Abgasturbolader Hauptkatalysator, lambdageregelt Variable Einlassnockenwelle 5

Einleitung Betriebspunkte Nr. RL [%] ENW [ KW] Drehzahl [1/min] 1 4-2 2 2 4 +2 2 RL: Relative Luftmasse in % Berechnet aus Kraftstoffmasse und Lambdawert ENW: Einlassnockenwelle -2 KW Miller +2 KW Adkinson Angabe bei 1mm Ventilhub 6

Einleitung Durchführung Zündwinkelverstellung in [ KW] Richtung spät 3 6 1 15 2 3 Randbedingungen: AI 5 von 8 n. OT bei ZW fahrbar Kein Klopfen Max. Temperatur 95 C (Bauteilschutz) Zündaussetzer 7

Einleitung Warum der Zündwinkelhaken? Katheizen Drehmomentreserven ( Sportmodus ) Fahrspaß Emissionen beeinflussbar (Leerlaufregelung) 8

Inhaltsübersicht 1. Einleitung Versuchsmotor Betriebspunkte Durchführung 2. Auswertung Performance Emissionen Druckverläufe Heizverläufe 3. Zusammenfassung 9

Normiertes Moment [%] 15 1 95 9 85 8 75 7 65 6 55 5 45 4 Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Auswertung Performance Normiertes Moment über normierten ZW RL 4% NW +2 RL 4% NW -2 5 1 15 2 25 3 Normierter ZW [ KW] Absolute Werte: Betriebspunkt RL 4 % NW +2 RL 4 % NW -2 ZW [ KW] Drehm. [Nm] 18 43 27 47 Quadratischer Zusammenhang Drehmoment liegt unter 5 % vom maximalen 1

effektiver Wirkungsgrad [%] Variationskoeffizient [%] 3 25 2 15 1 5 Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Auswertung Performance eff. Wirkungsgrad über normierten ZW 14 12 1 8 RL 4% NW+2 6 RL 4% NW-2 4 2 5 1 15 2 25 3 Normierter ZW [ KW] Quadratischer Zusammenhang für eta und VPI 5%-Grenze Qualitätsgrenze 12%-Grenze Aussetzergrenze Wirkungsgrad ENW -2 erhöht, VPI höher 11 18 16 VPI über normierten ZW RL4% NW+2 RL4% NW-2 obere Grenze 12 % untere Grenze 5 % 5 1 15 2 25 3 Normierter ZW [ KW]

Abgastemperatur [ C] Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Auswertung Performance 1 95 9 Abgastemperatur über normierten ZW RL4 NW+2 RL4% NW-2 85 8 75 7 65 6 5 1 15 2 25 3 Normierter ZW [ KW] Abgastemperatur kann um 3 C erhöht werden Internes Restgas senkt Temperatur (ENW -2 ) 12

HC [ppm] O2 [%] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Auswertung Emissionen HC über normierten ZW O2 über normierten ZW RL4% NW+2 RL4% NW-2 5 1 15 2 25 3 Normierter ZW [ KW] 1,2 1,8,6,4 RL4% NW+2,2 RL4% NW-2 5 1 15 2 25 3 Normierter ZW [ KW] HC klein sehr homogen, lange Brennzeit O2 klein reagiert mit HC HC (NW -2 ) bei ZW kleiner Entdrosselung? 13

CO2 [%] Nox [ppm] 14,5 14, Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Auswertung Emissionen CO2 über normierten ZW 25 RL4% NW+2 2 RL4% NW-2 15 NOx über normierten ZW RL4% NW+2 RL4% NW-2 13,5 1 5 13, 5 1 15 2 25 3 Normierter ZW [ KW] 5 1 15 2 25 3 Normierter ZW [ KW] NOx nimmt ab, da Spitzentemperatur kleiner NOx (NW-2 ) geringer, da Restgas d. Temperatur senkt CO2 nimmt zu, da HC Umsetzung höher 14

Zylinderdruck [bar] Zylinderdruck [bar] Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Auswertung Druckverlauf 35 3 25 2 15 1 Druckverlauf RL 4 %, ENW 2 ZW ZW 3 ZW 6 ZW 1 ZW 15 ZW 2 ZW 3 35 3 25 2 15 1 Druckverlauf RL 4 %, ENW -2 ZW ZW 3 ZW 6 ZW 1 ZW 15 ZW 2 ZW 3 5 5-2 2 6 1 14 18 Kurbelwinkel [ KW] -2 2 6 1 14 18 Kurbelwinkel [ KW] Spitzendrücke NW-2 erhöht Entdrosselung Erhöhter Druck bei späten KW, da späte Verbrennung 15

Zylinderdruck [bar] Abgas- und Saugrohrdruck [bar] Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Auswertung Druckverlauf 4 35 3 25 2 15 1 5 Vergleich Druckverlauf RL 4% P_Zyl NW -2 P_Zyl NW +2 P_Aus NW -2 P_Aus NW +2 P_Saug NW -2 P_Saug NW +2-18 -14-1 -6-2 2 6 1 14 18 ZW [ KW] Durch Millern 15 mbar höherer Saugrohrdruck Wirkungsgrad steigt durch Entdrosselung 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4,2 16

Energieumsetzung [kj/m³] Energieumsetzung [kj/m³] Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Auswertung Heizverlauf 7 6 5 4 3 2 1-1 Heizverlauf RL 4 %, ENW +2 ZW ZW 3 ZW 6 ZW 1 ZW 15 ZW 2-2 2 4 6 8 7 6 5 4 3 2 1-1 Heizverlauf RL 4 %, ENW -2 ZW ZW 3 ZW 6 ZW 1 ZW 15 ZW 2-2 2 4 6 8 Kurbelwinkel [ KW] Kurbelwinkel [ KW] Umsetzrate höher (NW+2 ) weniger AGR Brenndauer nimmt zu mit späten ZW wegen geringerem Zylinderinnendruck 17

Energieumsetzung [kj/m³] Energieumsetzung [kj] Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Auswertung Heizverlauf 14 Heizverlauf RL 4 %, ENW +2 14 Heizverlauf RL 4 %, ENW -2 115 9 65 4 15 ZW ZW 3 ZW 6 ZW 1 ZW 15 ZW 2 115 9 65 4 15 ZW ZW 3 ZW 6 ZW 1 ZW 15 ZW 2-1 -2 2 4 6 8-1 -2 2 4 6 8 Kurbelwinkel [ KW] Kurbelwinkel [ KW] Energieumsetzung höher mit späten ZW Längere Brennzeit und bessere Homogenität NW +2 Umsetzrate zwar höher, aber Summe geringer Weniger AGR begünstigt Brenndauer 18

Energieumsetzung [kj/m³] Energieumsetzung [kj/m³] Zündwinkelhaken bei verschiedenen Einlassnockenwellenstellungen Auswertung Heizverlauf 7 6 5 4 3 2 1-1 Vergl. Heizverlauf ZW opt. RL4% NW-2 RL4% NW+2-4 -2 2 4 6 14 12 1 8 6 4 2-2 Vergl. Summenheizverl. bei ZW opt. RL4%NW-2 RL4% NW+2-2 2 4 6 8 Kurbelwinkel [ KW] Kurbelwinkel [ KW] AI 5 [ KW] AI 5 [ KW] AI 9 [ KW] BD [ KW] RL 4 % NW -2-5 8 22 27 RL 4 % NW +2-3 8 2 23 19

Inhaltsübersicht 1. Einleitung Versuchsmotor Betriebspunkte Durchführung 2. Auswertung Performance Emissionen Druckverläufe Heizverläufe 3. Zusammenfassung 2

Zusammenfassung Mit späterem Zündwinkel: Emissionen werden verbessert Längere Zeit für Gemischbildung Homogenisierung Brennstabilität nimmt ab Brenntemperatur nimmt ab eff. Wirkungsgrad nimmt ab Gleichraumgrad nimmt ab verschleppte Verbrennung 21

Zusammenfassung Frühe Einlassnockenwellenstellung: Emissionen werden verbessert NOx sinkt, durch AGR-Anteil Homogenisierung eff. Wirkungsgrad nimmt zu Trotz längerer Brennzeit und geringerem Spitzendruck Entdrosselung (Saugrohrdruck) dominanter 22

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Gibt es Fragen??? 23