Klaus Benninger

Kontrollierte Selbstzuendung beim Ottomotor. CO2-Einsparpotenziale

Zur Abschaetzung der Serienfaehigkeit des HCCI-Brennverfahrens wurden bei Bosch die Potenziale der ottomotorischen Selbstzuendung untersucht und ein kostenoptimales Zielsystem definiert. Das HCCI-Brennverfahren wurde an einem Vierzylinder-Ottomotor mit serienmaessigem Dreiwege-Katalysator und den Subsystemen Benzin-Direkteinspritzung, variabler Ventilbetrieb, externer AGR und Brennraumdruckerfassung im dynamischen Motorbetrieb dargestellt. Besonderes Augenmerk wurde auf die Spezifikation der benoetigten Komponenten inklusive Verbrennungssensorik und auf das erforderliche Regelkonzept gelegt. Unter anderem haelt der Beitrag fest, dass eine Regelung des HCCI-Brennverfahrens auf die Groessen Verbrennungslage und Last sich als zielfuehrend erweisen. Zur endgueltigen Bewertung des HCCI-Brennverfahrens werden derzeit die Regelstrategien weiter entwickelt und das komplette System insbesondere auf Robustheit und Realisierbarkeit in einem Motorsteuergeraet untersucht. Speziell der Evaluierung der Entwicklungsziele Verbrauch, Emissionen, Fahrbarkeit und Geraeusch kommt hierbei eine entscheidende Bedeutung zu.

Homogeneous Charge Compression Ignition on Gasoline Engines

Compared to conventional combustion concepts for gasoline engines, HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) on gasoline engines bears the potential for a significant increase in efficiency and a resulting CO2 reduction with very low levels of (NOx) and particulate emissions. This contribution of Bosch analyzes the combustion concept and the open-loop and closed-loop control strategies for the entire operation map of a gasoline engine in the dynamic range.

Controlled auto-ignition

Gasoline HCCI, also called Controlled Auto-Ignition (CAI), allows for significant efficiency gains in combination with extremely low NOx emissions when compared to conventional spark-ignited combustion concepts. Bosch’s option to combine a lean-operating direct-injection engine with a simple exhaust gas aftertreatment system (three-way catalytic converter) adds to the attractiveness of CAI.

Motorsteuerungssysteme in der Vergangenheit

Einspritzsysteme haben die Aufgabe, dem Motor ein Luft-Kraftstoff-Gemisch bereitzustellen, das dem jeweiligen Betriebszustand bestmoglich angepasst ist. Im Laufe der Zeit wurden die Systeme immer weiter verbessert, wobei der Anteil der Elektronik standig zugenommen hat. Beim Ottomotor bedarf es eines Zundsystems, um uber einen Zundfunken an der Zundkerze das im Brennraum komprimierte Luft-Kraftstoff-Gemisch zu entzunden und so die Verbrennung einzuleiten. Auch diese Systeme wurden dank der Moglichkeiten der Elektronik zunehmend leistungsfahiger und komplexer.In modernen Motorsteuerungssystemen sind die Funktionen fur Einspritzung und Zundung in einem elektronischen Steuergerat integriert und verwenden zur Steuerung und Regelung identische Eingangssignale, die in einem Mikrocontroller verarbeitet werden.Wahrend das Entwicklungsziel in den 1970er-Jahren uberwiegend die Leistungs- und Komfortsteigerung war, verschob sich der Schwerpunkt ab den 1980er-Jahren hin zur Emissionsminderung. Eine weitere Forderung, die immer mehr an Bedeutung gewann, war die Senkung des Kraftstoffverbrauchs und damit auch die Reduzierung des CO2-Ausstoses. Mit der sukzessiven Verfeinerung der Eigendiagnose wurde daruber hinaus eine wesentliche Unterstutzung der Fehlersuche und der Problembehebung in den Fahrzeug-Werkstatten erreicht.

Overall powertrain optimisation of highly boosted spark ignition engines

Currently the driver for innovations concerning the powertrain itself is mainly the reduction of fuel consumption which is directly connected to meeting CO2 emissions limits. This results in diverse solutions depending on the vehicle market and the engine class. Next to measures concerning a robust combustion concept design for extreme downsized engines, alternative transmission concepts and several hybrid vehicle architectures variants are also discussed. Bosch proposes for powertrains incorporating a spark ignition gasoline engine to build a bridge between the three main domains: internal combustion engine, transmission and electrification.

Gesamtoptimierung des Antriebsstrangs bei Hochaufgeladenen Ottomotoren

Treiber fur Innovationen im Antriebsstrang sind derzeit vornehmlich die Senkung des Kraftstoffverbrauchs und die damit verbundene Erreichung von gesetzlichen CO2-Grenzwerten. Dies fuhrt zu unterschiedlichen Losungen in Abhangigkeit von Fahrzeugmarkt und Motorklasse. Neben motorischen Masnahmen zur robusten Darstellung des Brennverfahrens bei extremem Downsizing werden alternative Getriebekonzepte und verschiedene Varianten einer Hybrid-Architektur diskutiert. Bosch schlagt fur Antriebsstrange mit Ottomotoren eine Brucke zwischen den drei Hauptdomanen Verbrennungsmotor, Getriebe und Elektrifizierung.

Flexfuel systems for gasoline direct injection engines

Given the steadily increasing pressure to reduce carbon dioxide emissions, alternative fuels are getting more and more competitive compared to conventional fuels. Ethanol-based fuels are well on their way to acquiring an established position as renewable fuels for spark-ignition engines. Having gathered a comprehensive knowhow on these fuels Bosch is able to support customers as a development partner and as a system supplier for engine management systems and of all the components required.

Flexfuel-Systeme für Ottomotoren mit Direkteinspritzung

Ethanol stellt als regenerativer Treibstoff fuer Ottomotoren mit Saugrohr- und Direkteinspritzung eine machbare Alternative dar. Steigende Kraftstoffpreise, die CO2-Problematik etc. fuehren dazu, dass Fahrzeuge mit Flexfluel-Motoren sich in verschiedenen Maerkten etablieren werden. Die Bandbreite der eingesetzten Motoren reicht von einfachen Motorkonzepten, bei denen lediglich Anpassungen vorgenommen werden, bis zu speziell fuer Ethanol ausgelegte Motoren, die wesentliche Teile des Ethanol-Zusatzpotenzials ausnutzen koennen. Fuer alle Motoren gilt jedoch, dass die Startbarkeit bei niedrigen Umgebungstemperaturen und die zu erfuellenden Emissionsgrenzwerte trotz der erschwerten Randbedingungen gewaehrleistet sein muessen. Die Bezindirekteinspritzung bietet aufgrund systembedingter Vorteile insbesondere durch Hochdruckschichtstart und Katalysatorheizen mittels Homogen-Split-Einspritzung dafuer ideale Voraussetzungen.