Bewertung von Ventilhubstrategien zur Steigerung des Teillastwirkungsgrades bei homogenen, stöchiometrischen Otto-Brennverfahren

Abstract

Trotz der enormen Fortschritte, welche die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine in den letzten 100 Jahren in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen genommen hat, ist und bleibt die Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors oberstes Entwicklungsziel. Der Verbrennungsmotor wird auch in den nächsten Jahrzehnten das dominierende Antriebsaggregat bleiben. Der schonende Umgang mit den Ressourcen und der Umwelt muss aber in Einklang mit dem Wunsch des Individuums nach Mobilität gebracht werden.<br />Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Konzepten zur Verbrauchsabsenkung beihomogenen, stöchiometrischen Otto- Brennverfahren. Durch spezielle Einlassventilhubverlaufsformung können sowohl der Ladungswechsel als auch die Ladungsschichtung und Ladungsbewegung im Brennraum beeinflusst werden.<br />Bei Mehrventilmotoren kann die Ladungsbewegung im Brennraum mit Hilfe einer einseitigen Ventilhubreduzierung gezielt beeinflusst werden. Das durch diese Maßnahme erzielbare Kraftstoffeinsparungspotential steht jedoch nicht in Relation zum technischen Aufwand.<br />Bei Ventilhubstrategien mit frühem oder spätem Einlassschluss (FES bzw.<br />SES) kann die globale Ladungsbewegungsausrichtung durch die Ventilhubverlaufsformung oder mit Hilfe einer optionalen Kanalabschaltung generiert werden. Die gezielte Ladungsbewegung und -schichtung unterstützt hohe Abgasrückführraten und beeinflusst den Verlauf der Verbrennungsinitialisierung und der Verbrennung positiv.<br />Ein früher oder später Einlassschluss führt in erster Linie zu einer Anhebung des Saugrohrdruckes und somit zu einer Verringerung der Ladungswechselverluste (von UT nach UT). Bei Strategien mit spätem Einlassschluss steigen jedoch die Kompressionsverluste aufgrund des späten Kompressionsbeginns deutlich an und kompensieren die durch die Anhebung des Saugrohrdruckes erzielten Wirkungsgradvorteile teilweise.<br />Mit Hilfe der untersuchten, alternativen Ventilhubstrategien lassen sich Kraftstoffeinsparungspotentiale von bis zu 4% darstellen. Der Eingriff in die Einlassventilhubverlaufsformung hat jedoch auch seine Limitierungen. So bleiben diese Strategien ausschließlich auf den Teillastbetriebsbereich beschränkt. Des Weiteren steigen die Komplexität und somit die Kosten des Ventiltriebsystems.<br />