Der Qualit?tsgeregelte Ottomotor – ein konsequenter Weg mit Zukunftspotenzialen

摘要

Der weiter steigende Druck zur CO2-Reduzierung und natürlich auch der Wunsch, dem Kunden ein konsequent sparsames Konzept anzubieten, veranlasst die Automobilindustrie weitere Potenziale der ottomotorischen Verbrennung - auch au?erhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Fahrzyklen - nutzbar zu machen. Bisher konzentrierten sich dabei die Entwicklungsarbeiten am Ottomotor stark auf die Vermeidung der Drosselverluste. Teilweise wurden dieser Verluste bereits in VVL-Konzepten, Schichtlademotoren oder Downsizingstrategien vermieden. Bei vollst?ndiger Beseitigung dieses Teils der motorischen Verluste, k?nnen Verbrauchsverbesserungen an stark gedrosselten Betriebspunkten von theoretisch 30 % erreicht werden. Darüber hinaus bestehen noch erhebliche Potenziale in der Reduzierung der Realgasverluste, beschrieben durch die Verluste bei Verbrennung mit realer Zusammensetzung des Arbeitsgases. Diese werden durch den von Druck, Temperatur und Arbeitsstoffeigenschaften ver?nderlichen Isentropenexponent verursacht. Unter realen Bedingungen ist dieser kleiner als κ = 1,4 für perfekte Luft. Durch eine deutliche Abmagerung der Gemischzusammensetzung kann damit die Ann?herung des Kreisprozesses an den idealen Motor weiter erfolgen. Die konsequente Umsetzung dieses Ansatzes führt zu einem Konzept für einen Ottomotor, bei dem die Last anstelle über Drosselung mit Qualit?tsregelung – vergleichbar dem dieselmotorischen Betrieb – eingestellt wird. Mit diesem Verfahren werden Verbrauchsreduzierung um bis zu 28 % im Kennfeld und bis zu 10 % im Fahrzyklus im Vergleich zu einem aktuellen Schichtladekonzept erzielt. Dieser Beitrag beschreibt das Konzept des ?Qualit?tsgeregelten Ottomotors“, die technische Umsetzung sowie Ergebnisse aus Simulation und Messung am Motorprüfstand. Basierend auf diesen Ergebnissen werden im Anschluss Verbrauchspotenziale in Fahrzyklen dargestellt. Für die technische Umsetzung der Qualit?tsregelung am Ottomotor werden L?sungsans?tze zu Gemischbildung, Ladungswechsel und Brennverfahren zur Aufweitung der mageren Brenngrenze und zur Abgasnachbehandlung vorgestellt.