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Michael Wörner
Kompressionshubeinspritzung zur Klopfvermeidung beim Ottomotor mit Miller-Zyklus
Die nach dem Zündzeitpunkt auftretende Selbstzündung beim Ottomotor, das Klopfen, limitiert die Effizienz fremdgezündeter Brennverfahren in hohen Lastpunkten. Mit einer Hochdruckeinspritzung während des Verdichtungstakts wurde in der vorliegenden Dissertationsschrift ein möglicher Ansatz zur Reduktion des Motorklopfens untersucht. Dabei lag der Fokus auf Brennverfahren mit gesteigerter geometrischer Verdichtung und Miller-Zyklus. Als Haupteffekte zur Klopfreduktion konnten eine erhöhte turbulente kinetische Energie, eine verbesserte Gemischkühlung und für sehr späte Einspritzzeitpunkte die reduzierte Verweilzeit des Kraftstoffs im Brennraum aufgezeigt werden.
Zur Bewertung der Zylinderinnenströmung des Miller-Zyklus und anderer Einlasskonfigurationen wurde mit der Gasentladungsanemometrie eine Methode zur Messung der lokal an der Zündkerze vorherrschenden Strömung ausgearbeitet. Damit war es möglich sowohl die mittlere Strömung, als auch turbulente Schwankungsgeschwindigkeiten zu messen.
Mit den gewonnenen Erkenntnissen aus Voruntersuchungen zur Kompressionshubeinspritzung wurden zwei verschiedene Brennverfahrensansätze ausgearbeitet. Ein stöchiometrisches, homogenes Brennverfahren mit einer Einspritzung in der mittleren Phase der Kompression. Dabei waren deutliche Wirkungsradvorteile in der Teillast gegenüber einer Standardkonfiguration möglich. Die maximale Motorlast konnte trotz einer Verdichtungssteigerung um drei Einheiten mit nahezu demselben Verbrennungsschwerpunkt eingestellt werden. In einem weiteren Schritt wurde ein heterogenes Magerbrennverfahren für einen begrenzten Kennfeldbereich ausgearbeitet. Dabei wurden die Vorteile einer ersten Einspritzung mit der verstärkten Klopfreduktion einer sehr späten Einspritzung kombiniert.
Zur Bewertung der Zylinderinnenströmung des Miller-Zyklus und anderer Einlasskonfigurationen wurde mit der Gasentladungsanemometrie eine Methode zur Messung der lokal an der Zündkerze vorherrschenden Strömung ausgearbeitet. Damit war es möglich sowohl die mittlere Strömung, als auch turbulente Schwankungsgeschwindigkeiten zu messen.
Mit den gewonnenen Erkenntnissen aus Voruntersuchungen zur Kompressionshubeinspritzung wurden zwei verschiedene Brennverfahrensansätze ausgearbeitet. Ein stöchiometrisches, homogenes Brennverfahren mit einer Einspritzung in der mittleren Phase der Kompression. Dabei waren deutliche Wirkungsradvorteile in der Teillast gegenüber einer Standardkonfiguration möglich. Die maximale Motorlast konnte trotz einer Verdichtungssteigerung um drei Einheiten mit nahezu demselben Verbrennungsschwerpunkt eingestellt werden. In einem weiteren Schritt wurde ein heterogenes Magerbrennverfahren für einen begrenzten Kennfeldbereich ausgearbeitet. Dabei wurden die Vorteile einer ersten Einspritzung mit der verstärkten Klopfreduktion einer sehr späten Einspritzung kombiniert.
Schlagwörter: Klopfen; Miller-Zyklus; Kompressionshubeinspritzung; Gasentladungsanemometrie; Zylinderinnenströmung
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