Beim Entwicklungsstand heutiger Kraftfahrzeuge kann eine weitere Senkung des CO2-Ausstoßes nur über besondere Maßnahmen erreicht werden. Im Rahmen der hier vorgestellten Simulations-Studie wird ein System untersucht, welches die Abgaswärme nutzt, um mittels einer Kälteanlage eine Ladeluftkühlung unter die Umgebungstemperatur zu erreichen. Für Ottomotoren wird hierdurch aufgrund eines größeren Abstands von der Klopfgrenze und somit höheren möglichen Verdichtungsverhältnisses epsilon und/oder früheren Zündzeitpunkts eine Steigerung des Wirkungsgrads erreicht. Die Auskopplung der Wärme muss zum Antrieb der Kälteanlage den Komponenten der Abgasnachbehandlung nachgeschaltet werden. Um den Wirkungsgradvorteil aus intensivierter Ladeluftkühlung des Heat2Cool-Systems gesamtmotorisch darstellen zu können, dürfen darüber hinaus der Abgasgegendruck und die damit einhergehenden Ladungswechselverluste nicht wesentlich ansteigen. Der Gestaltung des Wärmeübertragers in der Abgasleitung muss daher besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Zur Ermittlung des Potenzials der genannten Strategien wurden umfangreiche simulatorische Untersuchungen durchgeführt. Für eine erste Bewertung aller zur Umsetzung des Konzepts Heat2Cool geeigneten Kälteanlagen wurden stationäre thermodynamische Modelle erstellt, um die prozessinhärenten Eigenschaften zu untersuchen. Insgesamt kann gezeigt werden, dass über eine Ladeluftkühlung unter die Umgebungstemperatur für den Ottomotor ein deutlicher Wirkungsgradvorteil für Voll- und Teillast erreicht werden kann. Hierbei hat sich das Anheben des Verdichtungsverhältnisses in Kombination mit dem Vorverlegen des Zündzeitpunkts als besonders geeignet erwiesen. Mit dieser Strategie konnte im Teillastbetrieb ein Wirkungsgradvorteil von durchgehend 4 % erreicht werden. Weiterer Forschungsbedarf besteht im Bereich der Kopplung von Kälteanlage und Verbrennungsmotor. Hier muss insbesondere für den transienten Betrieb eine geeignete Regelstrategie entwickelt werden.
Steigerung des Wirkungsgrads von Ottomotoren durch eine abgaswärmegetriebene Kälteanlage
Motortechnische Zeitschrift ; 71 , 2 ; 122-127
2010
6 Seiten, 7 Bilder, 9 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Deutsch
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