Bewertung eines neuartigen Einlasskanalkonzeptes für einen modernen PKW-Dieselmotor

Abstract

Eines der wichtigsten Ziele der Motorenentwicklung ist die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der damit verbundenen CO2-Emissionen. Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich aus diesem Grund mit der Weiterentwicklung des bestehenden dieselmotorischen Brennverfahrens hinsichtlich Kraftstoffverbrauchs. Dabei werden die Rohemissionen des Motors mitberücksichtigt. Die Hauptaufgabe der Arbeit ist die Untersuchung eines Pkw-Dieselmotors mit einem innovativen Zylinderkopf am stationären Motorprüfstand. Das neue Zylinderkopfkonzept hat drei strömungsoptimierte Einlasskanäle pro Zylinder, anstatt der bisherigen zwei, und in einem Kanal eine Drallklappe mit reduzierter Fläche. Diese Konfiguration erlaubt die Steigerung der Kanalqualität und somit die Verbesserung des Durchflusses der Einlasskanäle bei gleichen Drallwerten im Vergleich zum Serienzylinderkopf.<br />Es wurden Variationen der Drallklappenstellung und des Ladedruckes mit Serienapplikation als auch bei ausgeschalteter AGR durchgeführt. Um das Verhalten des neuen Konzeptes hinsichtlich Restgasverträglichkeit festzustellen, wurden auch AGR-Variationen gemacht. Außerdem wurde eine Einlassnockenwelle mit früherem Schließzeitpunkt untersucht.<br />Das Versuchsprogramm beinhaltet neben einer Reihe von emissionsrelevanten Betriebspunkten auch Untersuchungen an der Volllast.<br /> Des Weiteren wurde auch das Verhalten des Motors bei DPF- und NSC-Regeneration geprüft.<br />Die Arbeit besteht aus einem Theorie-Teil, der Beschreibung des Prüfstands und der Messprozedur, und aus der Diskussion ausgewählter Ergebnisse. Die Zylinderfüllung wurde nicht nur mittels der Niederdruck- und Hochdruckindizierung, sondern auch mit Hilfe der 1D-Ladungswechselrechnung analysiert. Am Ende der Arbeit sind alle vermessenen Betriebspunkte gegenübergestellt.

One of the main goals of engine development today is reduction of fuel consumption and CO2 emissions. For this reason the present study investigates the development of the existing diesel engine combustion process with respect to fuel consumption. The raw emissions of the engine are taken into account.<br />The main task of this work is to research passenger car diesel engine with new cylinder head on the stationary engine test bench. New cylinder head design has three flow-optimized intake ports per cylinder instead of two and the swirl flap with reduced surface in only one intake port.<br />Such a configuration allows to increase channel quality, and thus the improvement of the flow of the inlet ports with the same swirl as compared to the series cylinder head.<br />There are variations of the swirl flap position and the boost pressure with serial application as well as with switched EGR. EGR variations were made in order to determine system's behavior with respect to residual gas compatibility. In addition, a shorter intake camshaft has been tested.<br />The test program includes a wide number of emission-relevant operating points and the investigations of the full load. Furthermore, the behavior of the engine in DPF- and NSC- regeneration has been tested.<br />The work consists of the theoretical part, description of the test rig and the measuring procedure and the discussion of selected results. The cylinder charge was analyzed not only by the low-pressure and high-pressure indication, but also with the help of 1D charge exchange simulation. At the end of the work all measured operating points are compared.