Der Kundenwunsch nach steigender Mobilität und die gesetzlichen Rahmenbedingungen stellen die Forschung und Entwicklung bei Verbrennungsmotoren auch zukünftig vor die schwierige Aufgabe sowohl den Schadstoffausstoß als auch den Kraftstoffverbrauch zu senken. Ein vielversprechender Ansatz beide Ziele für zukünftige Ottomotoren zu erreichen stellt der Einsatz des modernen CAI-Brennverfahrens dar (Controlled Auto-Ignition). Ein Motorbetrieb mit diesem Brennverfahren ist aus akustischen Gründen nur in der Teillast möglich und zu hohen Lasten und Drehzahlen hin begrenzt. Außerdem ist ein erhöhter Regelungsbedarf für dieses Verfahren kennzeichnend um den Motor selbstzündend betreiben zu können. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten der gezielten Einflussnahme auf die Schichtung im Zylinder und die Verbrennungsrate des CAI-Motors bewertet. Dabei werden vor allem unterschiedliche Restgasstrategien sowie Einspritzzeitpunkte untersucht und die daraus resultierende Schichtung im Brennraum durch numerische Kennzahlen quantifiziert. Die Motivation zur Weiterentwicklung des CAI Prozess liegt im hohen Wirkungsgrad sowie in den geringen Stickoxid-Emissionen, durch die eine teure Abgasnachbehandlung entfällt. Es handelt sich bei diesem Prozess allerdings um ein sensitives Teillastverfahren, das zu hohen Lasten und Drehzahlen hin limitiert ist. In der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse der numerischen Analyse mittels 3D-CFD-Berechnung experimentellen Daten aus Prüfstandsuntersuchungen gegenübergestellt. Es wird gezeigt, dass es eine direkte Korrelation der lokalen Verteilung von Kraftstoff, Luft und Restgas im Brennraum mit dem Brennbeginn und der Brenndauer gibt. Eine starke Ungleichverteilung des Kraftstoffs im Brennraum führt zu einer schnelleren Verbrennung. Dahingegen führt eine starke Schichtung des Restgases im Zylinder zu einer verzögerten und langsameren Verbrennung. Ebenso wird der Einsatz des alternativen Kraftstoffs E85 untersucht. Dieser zeigt im motorischen Versuch das Potential den Betriebsbereich des CAI-Brennverfahrens auszuweiten. Zur Analyse dieses Potentials wird in einem ersten Schritt eine numerische Simulation der Zündverzugszeiten von Ethanol im Vergleich zu Iso-Oktan durchgeführt. Die Kenntnis der Temperaturverteilung im Brennraum zusammen mit der ermittelten Zündverzugszeit unterstützt die Aussage der Prüfstandsergebnisse.

    The customer requirement for increased mobility and tougher regulatory framework are the biggest challenge for research and development in combustion engines in the future. The main focus is to decrease fuel consumption and emissions at the same time. Controlled auto ignition is a promising approach to achieve both targets in future gasoline combustion engines. Due to its acoustic behaviour, this combustion process is only applicable in part load conditions and is limited to high load and high engine speed. Additionally, a more complex control system is necessary for this combustion process. In this paper, different possibilities to regulate the stratification in the cylinder and the combustion rate of the CAI process are evaluated. Therefore, different valve timing strategies as well as the injection timing are investigated. The resulting stratification in the cylinder is quantified with numerical characteristic numbers and correlated to the burn rate from the experimental test bench investigation. Therewith, the local distribution of fuel, air and residual gas is directly correlated to the combustion start and duration. A high stratification of fuel results in a more advanced and faster combustion. Contrary to this is a high stratification of residual gas, which results in more retarded and slower combustion. Additionally, the use of alternative fuel E85 is investigated. In test bench investigations, E85 shows the potential to increase the operation area of CAI. As a first step, a numerical simulation of the ignition delay of ethanol and iso-Octane is compared, to analyse this potential. Knowledge of the in-cylinder temperature together with the ignition delay supports the measurement from the test bench investigation.


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    Title :

    Controlled Auto-Ignition: Kontrolle der Verbrennungsrate durch gezielte Schichtung


    Additional title:

    Controlled auto-ignition: combustion rate shaping by mixture stratification


    Contributors:


    Publication date :

    2008


    Size :

    14 Seiten, 16 Bilder, 1 Tabelle, 8 Quellen




    Type of media :

    Conference paper


    Type of material :

    Storage medium


    Language :

    German




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