Einfluss der Gemischaufbereitung und der Kraftstoffeigenschaften bei saugrohreinspritzenden Ottomotoren auf das Kaltstart- und Hochlaufverhalten unter besonderer Berücksichtigung der kurbelwinkelaufgelösten Kohlenwasserstoffemissionen

Abstract

Die vorliegende Arbeit soll anhand des Einflusses der Gemischaufbereitung das Potenzial bezüglich der Emissionsminderung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Kaltstart von kleinvolumigen Ottomotoren mit Saugrohreinspritzung aufzeigen.<br />Zur Realisierung wurde ein moderner Großserienmotor mit 1,4l Hubraum mit Hoch- und Niederdruckindizierung ausgestattet, um den kurbelwinkelaufgelösten Auslassmassenstrom, und anhand der Messung der unverbrannten Kohlenwasserstoffkonzentration mittels eines schnellen Flammenionisationsdetektor die kurbelwinkelaufgelösten HC-Massenemissionen im Kaltstart zu berechnen.<br />Untersucht wurden der Einfluss des mittleren Sauterdurchmessers und des Strahlneigungswinkels zur Ventilachse, als auch der Einfluss von neuartigen Gemischaufbereitungssystemen.<br />Zur Bewertung der einzelnen Gemischaufbereitungsvarianten im Kaltstart wurden neben den Kohlenwasserstoffemissionen der Drehzahlhochlauf und das Wandfilmauf- und -abbauverhalten im Start herangezogen.<br />Die Varianten mit dem höchsten Potenzial in Bezug auf die oben genannten Kriterien wurden zusätzlich sowohl bezüglich der Kohlenwasserstoffemissionen als auch der Startbarkeit bei Temperaturen bis -25°C mit Ethanol-Benzin-Mischkraftstoffen untersucht und analysiert. Der Grund hierfür ist, dass zukünftig sowohl biogene Anteile in Form von Ethaonl dem Superkraftstoff zugemischt werden, als auch Ethanol-Benzin-Mischkraftstoff erhältlich sein werden, und auch mit diesen Kraftstoffen einerseits die Emissionsgrenzwerte eingehalten werden müssen, andererseits der Start auch bei tiefen Temperaturen gewährleistet sein muss.<br />Zusätzlich wurden Untersuchungen bei -7°C und Ethanol-Benzin-Mischkraftstoff bezüglich dem Emissionsverhalten durchgeführt.<br />

On the basis of the influence of the mixture formation this work should show the potential to reduce the emissions of unburned hydrocarbons during the cold start of small displacement engines with port fuel injection.<br />To realize this, a modern mass production engine with 1.4l displacement was equipped with high and low-pressure indication to calculate the crank angle resolved exhaust mass flow. With the measurement of the unburned hydrocarbon concentration using a fast flame ionization detector the crank angle resolved HC-emissions during the cold start could be derived.<br />The subjects of these investigations were the influence of the mean sauter diameter, the influence of the beam inclination angle as well as the influencee of injectors with a new kind of mixture preparation.<br />To evaluate all the mixture preparation systems in the cold start the following criteria were chosen. Next to the hydrocarbon emissions, the speed increase and the wall film mass behaviour were analyzed.<br />The versions with the highest potential on the basis of the above mentioned criteria were investigated regarding the hydrocarbon emissions as well as the ability to start the engine at temperatures down to -25°C with ethanol-mixture fuels. The reason for this was that in future fuels will be mixed with biogenous components (ethanol), as well as ethanol-gasoline blends will be in stock. With these fuels first of all the emission limits have to be observed and also the start of the engine has to be guaranteed.<br />Additional investigations with ethanol-mixture fuels and a temperature of -7°C regarding the emissions have been performed.