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14-05-2018 | Gemischbildung + Verbrennung | Im Fokus | Article

Gemischbildung unter Druck

Author:
Stefan Schlott

Innermotorische Maßnahmen zur Reduzierung von Verbrauch und Emissionen gelten als weithin ausgereizt. Dennoch finden sich immer wieder Ansatzpunkte für Optimierungen im Detail.

Einspritzstrategien zur Brennverlaufsformung, die aus einer hohen Anzahl von Einspritzungen mit kleineren Einzeleinspritzmengen bestehen, bieten bei Dieselmotoren großes Potenzial zur innermotorischen Emissionsreduzierung bei weiter verringertem Kraftstoffverbrauch. Darauf weisen Christian Jörg, Joschka Schaub, Daniel Neumann und  Stefan Pischinger in ihrem Artikel Diesel-Verbrennungsregelung mittels Brennverlaufsformung für die MTZ 4/2018 hin. Die Autoren wissen allerdings auch, dass die konventionellen Steuerungskonzepte nicht ausreichend sind, um das Potenzial moderner Kraftstoffeinspritzsysteme (KES) vollständig auszuschöpfen. Deshalb habe die FEV zusammen mit dem Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der RWTH Aachen einen automatisierten Applikationsansatz entwickelt. 

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01-04-2018 | Titelthema | Issue 4/2018

"RDE ist aus Verbrauchssicht kein vernünftiger Ansatz"

Wie können Verbrennungsmotoren im Zeichen veränderter Kundenwünsche und vor dem Hintergrund zunehmender Elektrifizierung hinsichtlich Verbrauch und Emissionen weiterentwickelt werden? Im Interview mit der MTZ verrät Lutz Stiegler, Direktor der …

Die vom Common-Rail-Regler generierten Einspritzprofile dienen dabei der Kennfeldbedatung des Seriensteuergeräts. Der CRS-Regler kommt nur während der Motorkalibrierung im Prüfstandautomatisierungssystem zum Einsatz. Dadurch könne auf einen zusätzlichen Zylinderdrucksensor in der Serienproduktion verzichtet und etablierte, kennfeldbasierte ECU-Softwarearchitekturen könnten weiterhin genutzt werden. "Eine kostenneutrale Verbesserung der thermodynamischen Motoreigenschaften ist somit allein durch eine optimale Kraftstoffpfadkalibrierung und die damit verbundene Potenzialausnutzung bestehender Kraftstoffeinspritzsysteme gegeben", so die Autoren.

Große Schwankungen bei RDE

Auch im Interview "RDE ist aus Verbrauchssicht kein vernünftiger Ansatz" für die MTZ 4/2018 steht die Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren hinsichtlich Verbrauch und Emissionen im Zeichen veränderter Kundenwünsche und vor dem Hintergrund zunehmender Elektrifizierung im Zentrum. Dabei setzt sich Interviewpartner Lutz Stiegler, Direktor der Antriebsentwicklung bei Volvo, auch kritisch mit den neuen Messvorschriften auseinander. Stiegler: 

Die Schwankungen des Kraftstoffverbrauchs in verschiedenen RDE-konformen Fahrzuständen sind zu groß, um daraus eine Bewertung der CO2-Emissionen abzuleiten."

Schließlich laute der Grundgedanke, mittels RDE einen großen Anwendungsbereich des Kunden mit enorm unterschiedlichen Verbräuchen abzudecken, vom Stadtverkehr bis zur Autobahnfahrt. Folge: Ein normal hybridisierter Benziner wird im Stadtverkehr sehr gut aussehen, im Überland- und Autobahnverbrauch dagegen weniger. Ein Diesel ist überall halbwegs brauchbar, aber eben konzeptabhängig. "Die Spreizung ist einfach zu groß. RDE kann viel tun und ist sinnvoll, um das Emissionsverhalten bezüglich gesetzlich limitierter Schadstoffe zu beurteilen, ist meiner Meinung nach aber kein guter Ansatz, wenn es um Kundenverbrauch geht, weil die Vergleichbarkeit fehlt", so Stiegler.

Einfluss der Hybridisierungsstrategien

Einen starken indirekten Einfluss auf die Entwicklung von Gemischbildung und Verbrennung sieht Stiegler in der Hybridisierung der Antriebstränge. Aber auch die Grenzen sind ihm bewusst. Denn am Ende müsse ein für den Kunden vernünftiges Paket geschnürt werden. "Wir können das Ganze also nicht unendlich kompliziert machen und alles mit allem kombinieren", so Stiegler. Es sei eine Frage des Abwägens, wie viel man beispielsweise noch in Wassereinspritzung oder variable Verdichtung steckt: "Technisch ist sicher vieles möglich, aber am Ende steht die Frage, ob das Ganze technisch noch ein guter Gesamtkompromiss ist."

Einen neuen Ansatz für die Untersuchung künftiger, ottomotorischer Technologien in der Simulation präsentieren Sebastian Hann, Michael Grill und Michael Bargende in der MTZ 4/2018 in ihrem Artikel Laminare Flammengeschwindigkeit – Abmagerung und Hochlast-Abgasrückführung in der Motorsimulation. Hintergrund: Auf Basis reaktionskinetischer Berechnungen wurde am FKFS ein neues Modell für die laminare Flammengeschwindigkeit verschiedener Kraftstoffe zur Verwendung sowohl in der 0-/1-D- als auch der 3-D-CFD-Simulation erstellt.

Grenzen für die Gemischverdünnung

Im Gegensatz zu den weit verbreiteten Modellen nach Heywood und Gülder zeigt der neue Ansatz den Autoren zufolge ein plausibles Verhalten insbesondere bei hohen Gemischverdünnungsraten. Dies bedinge neben einer verbesserten Vorhersagefähigkeit bei der Simulation mager betriebener Gasgroßmotoren auch die Möglichkeit, Potenzialabschätzungen möglicher zukünftiger Pkw-Motorkonzepte durchzuführen. Ein erstes Ergebnis teilen die Autoren auch gleich mit: Der durchgeführte Vergleich der Konzepte veranschaulicht demnach, dass der Verdünnung unter anderem durch steigende Zyklenschwankungen Grenzen gesetzt sind.

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