Controlled Auto-Ignition: Kontrolle der Verbrennungsrate durch gezielte Schichtung

Autoren

Prof. Dr.-Ing. S. Pischinger, Dipl.-Ing. K. G. Stapf, Dipl.-Ing. D. Seebach, Dipl.-Ing. C. Bücker, RWTH Aachen; Priv. Doz. Dr.-Ing. P. Adomeit, Dr.-Ing. J. Ewald, FEV Motorentechnik GmbH, Aachen

Jahr

2008

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 672

Zusammenfassung

Der Kundenwunsch nach steigender Mobilität und die gesetzlichen Rahmenbedingungen stellen die Forschung und Entwicklung bei Verbrennungsmotoren auch zukünftig vor die schwierige Aufgabe sowohl den Schadstoffausstoß als auch den Kraftstoffverbrauch zu senken. Ein vielversprechender Ansatz beide Ziele für zukünftige Ottomotoren zu erreichen stellt der Einsatz des modernen CAI-Brennverfahrens dar (Controlled Auto-Ignition). Ein Motorbetrieb mit diesem Brennverfahren ist aus akustischen Gründen nur in der Teillast möglich und zu hohen Lasten und Drehzahlen hin begrenzt. Außerdem ist ein erhöhter Regelungsbedarf für dieses Verfahren kennzeichnend um den Motor selbstzündend betreiben zu können.

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten der gezielten Einflussnahme auf die Schichtung im Zylinder und die Verbrennungsrate des CAI-Motors bewertet. Dabei werden vor allem unterschiedliche Restgasstrategien sowie Einspritzzeitpunkte untersucht und die daraus resultierende Schichtung im Brennraum durch numerische Kennzahlen quantifiziert. Diese Kennzahlen werden der Brennrate aus der experimentellen Untersuchung am Prüfstand gegenübergestellt. Es wird gezeigt, dass es eine direkte Korrelation der lokalen Verteilung von Kraftstoff, Luft und Restgas im Brennraum mit dem Brennbeginn und der Brenndauer gibt. Eine starke Ungleichverteilung des Kraftstoffs im Brennraum führt zu einer schnelleren Verbrennung. Dahingegen führt eine starke Schichtung des Restgases im Zylinder zu einer verzögerten und langsameren Verbrennung.

Ebenso wird der Einsatz des alternativen Kraftstoffs E85 untersucht. Dieser zeigt im motorischen Versuch das Potential den Betriebsbereich des CAI-Brennverfahrens auszuweiten. Zur Analyse dieses Potentials wird in einem ersten Schritt eine numerische Simulation der Zündverzugszeiten von Ethanol im Vergleich zu iso-Oktan durchgeführt. Die Kenntnis der Temperaturverteilung im Brennraum zusammen mit der ermittelten Zündverzugszeit unterstützt die Aussage der Prüfstandsergebnisse.

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