Samir Kadunic

Steigerung des Wirkungsgrads von Ottomotoren Durch eine Abgaswärmegetriebene Kälteanlage

Eine viel versprechende Moglichkeit, die Abgaswarme sinnvoll zu nutzen, besteht im Antrieb einer Kalteanlage. Diese kann zur Kuhlung der Ladeluft unter Umgebungstemperatur eingesetzt werden. Durch den hierdurch vergroserten Abstand von der Klopfgrenze konnen aufgeladene Ottomotoren mit wirkungsgradgunstigeren Werten fur Verdichtungsverhaltnis und/oder Zundzeitpunkt betrieben werden. Im FVV-geforderten Projekt Heat2Cool (Nr. 965) befasst sich die TU Berlin mit der Erarbeitung des Potenzials und der Umsetzung dieses Konzepts.

Sensitivitätsanalyse von Einflussgrößen auf den Motorbetrieb

In diesem Kapitel wird fur die Ladelufttemperatur, im Vergleich zu anderen Betriebsparametern, der Einfluss auf den Brennverlauf und andere Motorbetriebsgrosen mithilfe einer Sensitivitatsanalyse bestimmt. Eine Sensitivitatsanalyse beschreibt Einflussrichtung und -starke des jeweiligen Betriebsparameters auf Brennverlauf und Kenngrosen des Motorbetriebs. Die dafur notwendigen Versuche werden am Motorenprufstand gemas der statistischen Versuchsplanung [100] anhand eines teilfaktoriellen Versuchsplans durchgefuhrt, Abb. 28 rechts. Zunachst sind Betriebsparameter zu definieren, die unabhangige Variablen (Variationsparameter) darstellen. Es wurden Betriebsparameter gewahlt, die einen Betriebspunkt wesentlich charakterisieren (Abb. 28 links).

Einfluss der Ladelufttemperatur auf die Verbrennung

In diesem Kapitel wird der Einfluss der Ladelufttemperatur auf die Abgas-Emissionen und den Motorwirkungsgrad im zertifizierungsrelevanten Kennfeldbereich, den Brennverlauf und die Motorbetriebskenngrosen bei konstantem Betriebspunkt, und den Motorwirkungsgrad an den Motorbetriebsgrenzen untersucht.

Einfluss der Ladelufttemperatur auf Leistungsdichte und Wirkungsgrad

In diesem Kapitel wird das Potenzial der Ladelufttemperatursenkung zur Erhohung von Leistungsdichte und Motorwirkungsgrad uber dem Motordrehzahlbereich untersucht. Es werden dabei folgende Strategien verfolgt und ihre Ergebnisse unter den fur den Motor gegebenen Belastungsgrenzen analysiert: (1) Lastanhebung bei wirkungsgradoptimalem Verbrennungsschwerpunkt (2) Lastanhebung bei stochiometrischem Luftverhaltnis (3) Verbesserung des Motorwirkungsgrads bei konstanter Volllast (4) Anhebung der Volllast (5) Erhohung des maximalen Zylinderdrucks bis zur Klopfgrenze und Steigerung der Nennleistung

Brennverlaufsvoraussage für aufgeladene Ottomotoren

In diesem Kapitel soll analysiert werden, inwieweit der ermittelte Einfluss der Ladelufttemperatur auf die Verschiebung der Motorbetriebsgrenzen hin zu hoheren Lasten bereits bei der Auslegung von Ottomotoren berucksichtigt werden konnte. Dazu soll die Leistungsfahigkeit relevanter Ansatze zur Brennverlaufsvoraussage im Hinblick auf deren Vorhersagegute von Brennverlauf und Motorbetriebsgrenzen des Versuchstragers untersucht werden. Die verlassliche Abschatzung der Verbrennung steht dabei im Fokus. Die aus der Literatur und Forschung bekannten empirischen und phanomenologischen Ansatze zur Brennverlaufsvorausberechnung werden vergleichend bewertet.

Grundlagen und Stand der Technik

Erst die Direkteinspritzung, im Gegensatz zur auseren Gemischbildung durch Vergaser oder Saugrohreinspritzung, hat dem aufgeladenen Ottomotor zur breiten Marktdurchdringung verholfen. Die direkte Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum und die mit der anschliesenden Verdampfung einhergehende Innenkuhlung ermoglichen es, klopffrei so hohe Verdichtungsverhaltnisse darzustellen, dass auch in der Motorteillast ein akzeptabler Kraftstoffverbrauch erreicht wird [112]. Im Gegensatz zum Dieselbrennverfahren sind beim Ottomotor Gemischbildung und Verbrennung grundsatzlich zeitlich voneinander getrennte Vorgange.

Versuchsaufbau und Methodik

Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse basieren auf Motorprufstandsversuchen, die an einem aufgeladenen 4-Zylinder-Reihen-Ottomotor durchgefuhrt werden. Die Spezifikation dieses Versuchstragers ist in Tab. 4 aufgefuhrt. Der Zylinderkopf sowie der Einlass- und der Auslasskrummer werden mit Messstellen fur Hoch- bzw. Niederdruckindizierung versehen. Medienfuhrende Bauteile werden mit Sensoren, mehrheitlich fur Druck und Temperatur, bestuckt.

Potenzial der Ladeluftkühlung mittels Pkw-Klimaanlage

Die Darlegungen in den vorangegangenen Kapiteln zeigen, dass eine niedrige Ladelufttemperatur den Wirkungsgrad des Ottomotors verbessern und seine Leistungsdichte erhohen kann. Aktuell in Serie verwendete Ladeluftkuhlersysteme konnen nur im theoretischen Bestfall die Temperatur der Ladeluft bis auf die Umgebungstemperatur absenken. Um die Ladeluft unter realen Bedingungen auf Werte sogar noch unterhalb der Umgebungstemperatur kuhlen zu konnen, wird ein Kuhlmedium mit einer entsprechend niedrigeren Temperatur am Ladeluftkuhlereintritt benotigt. Mithilfe einer Pkw-Klimaanlage liese sich solch ein Kuhlmedium darstellen.

Increased gasoline engine efficiency due to an exhaust heat-driven cooling system

Charge air cooling below ambient temperature by an exhaust heat driven cooling system provides a promising approach to engine waste heat recovery. Due to decreased knocking probability at these conditions gasoline engines can be operated with increased compression ratio and/or advanced ignition timing to increase engine efficiency. The FVV project Heat2Cool (No. 965) conducted at TU Berlin investigates the potential and implementation possibilities of this concept.