Entwicklung des neuen V6 Hochleistungsbenzindirekteinspritzmotors mit stöchiometrischer Verbrennung

Autoren

S. Abe, M. Sugiyama, H. Kishi, J. Harada, Toyota Motor Corporation, Aichi, Japan

Jahr

2004

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 566

Zusammenfassung

Toyota schloss die Entwicklung des neuen V-6 Benzindirekteinspritzmotor Ende 2003 ab. Hohe Leistung, niedriger Kraftstoffverbrauch und niedrige Abgase wurden durch stoichiometrische Verbrennung sowie variable Ventilsteuerung für Einlass- und Auslassventile erzielt. Die maximale Leistung betraegt 188kW (63kW/L) bei 6200rpm und das maximale Drehmoment 314Nm bei 3600rpm. Dies entspricht Spitzenwerten im Vergleich zu anderen 3.0L Benzinmotoren weltweit. Das Direkteinspritzsystem verwendet den Toyota’s geschlitzte Einspritzdüse, die einen fächerförmigen Einspritzstrahl erzeugt. Dieser Artikel beschreibt die Eigenschaften und sowie einige der Technologien, die zu den obengenannten Spitzenleistungen beitragen. Die Optimierung der Einlasskanalform trägt zur Leistungssteigerung bei. Bei konventioneller Auslegung muss der Durchflusskoeffizient gesenkt werden um Gasbewegung im Zylinder zu generieren, die zur Bildung eines homogenen Gemisches erforderlich ist, was wiederum bewirkt, dass die Vorteile des Direkteinspritzsystems nicht voll genutzt werden können. Bei der Entwicklung dieses Motors wurde mittels CFD Analyse ein Einlasskanal erzielt der sowohl hohen Durchflusskoeffizient als auch hohe Tumblebewegung erlaubt. Eine entsprechende Leistungssteigerung konnte daher voll als Vorteil des Direkteinspritzsystems umgesetzt werden. Um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, wird variable Ventilsteuerung auf der Einlass- und der Auslassseite eingesetzt, was Ladungswechselverluste senkt und das Expansionsverhältnis hebt. Die Resultate der Verbrennungsdruckanalyse und der Hochgeschwindigkeitsanalyse der Kohlenwasserstoffe im Bereich um die Zündkerze zeigen, dass die Verbrennungsgeschwindigkeit durch interne AGR verbessert werden konnte und dass der Motor aufgrund der starken Tumbleströmung und der geschichteten Gemischbildung im Zylinder mit einer höheren AGR-Rate betrieben werden kann. Die Vorteile der Direkteinspritzung wurden genutzt um das Kaltstart- und Warmlaufabgas zu verbessern. Die Kraftstoffmenge beim Kaltstart konnte drastisch reduziert werden durch Schichtladungsverbrennung und guter Kraftstoffatomisierung mittels hohem Einspritzdruck. Während des Warmlaufes wird ebenfalls Schichtladungsverbrennung eingesetzt, um durch höheren Zündverzug die Katalysatoraufheizung zu beschleunigen.

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