Analyse abnormaler Verbrennungsphänomene an einem hochaufgeladenen Ottomotor unter Zuhilfenahme optischer Messmethodik

Abstract

Im Zuge der Verbrauchsreduzierung bzw. der Wirkungsgradoptimierung moderner Ottomotoren auf Basis hochaufgeladener direkteinspritzender Aggregate treten zufolge der hohen Leistungsdichte unerwünschte, irreguläre Verbrennungsphänomene höchsten Schadenspotenziales auf. Neben dem Phänomen der Low-Speed-Pre-Ignition (LSPI) im Bereich niedriger Drehzahlen kommt es bei hochaufgeladenen Motoren im oberen Drehzahlbereich (-3000min-1) unter Volllast zu einem charakteristischen Klopfverhalten schadensrelevanter Amplitude, dem sogenannten Extremklopfer. Mit einer Klopfintensität von bis zu 100bar birgt diese Verbrennungsanomalie ein äußerst hohes Schadenspotenzial. Da die extremklopfende Verbrennung an der motorspezifischen Klopfgrenze und somit im Stellbereich heutiger Klopfregelsysteme auftritt, ist diese als nicht regelbar einzustufen und mit inner- und außermotorischen Maßnahmen zu vermeiden. Ziel der Arbeit war es mithilfe innovativer optischer Messtechniken das Phänomen des Extremklopfers zu untersuchen und die Verbrennungscharakteristik der Irregularität zu analysieren. In diesem Zusammenhang wurden Entstehungsursachen aufgezeigt und maßgebliche Einflussfaktoren auf die Anomalie identifiziert. Zusätzlich wurde eine Lokalisierung der motorspezifischen Entstehungsorte der abnormalen Verbrennung vorgenommen.

The high power density of modern highly charged direct injection spark ignition engines leads to irregular combustion phenomena with a high damage potential. In addition to the phenomenon of Low-Speed-Pre-Ignition (LSPI) at low speed range, a characteristic knock behaviour of significant high amplitude occurs in the upper speed range (-3000rpm) under full load, the so-called Extreme-Knock. With a knock intensity of up to 100bar these combustion anomaly has an extremely high damage potential. Since the Extreme-Knock occurs at the engine specific knock limit and thus at the adjustment range of the knock control system, this abnormal combustion should be avoided by engine based measures. The aim of this study was to investigate the Extreme-Knock with innovative optical measurement techniques and to analyse the combustion characteristics of the irregularity. In this context influencing factors of the anomaly were identified. In addition, a localization of the source of the abnormal combustion was conducted.