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Kohlenwasserstoff-Emissionen eines Motors mit Benzin-Direkteinspritzung und wandgeführtem Brennverfahren

Autor :Kay Schintzel
Herkunft :OvGU Magdeburg, Fakultät für Maschinenbau
Datum :21.02.2005
 
Dokumente :
Dataobject from HALCoRe_document_00005407
 
Typ :Dissertation
Format :Text
Kurzfassung :Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung arbeiten vorwiegend in zwei verschiedenen Betriebsmodi, dem Homogenbetrieb und der Ladungsschichtung. Während die HC-Emissionsursachen im Homogenbetrieb von Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung hinlänglich bekannt sind, wurden die Ursachen im Betrieb mit Ladungsschichtung bei kombiniertem wand- und luftgeführten Brennverfahren noch nicht hinreichend erforscht. Im Rahmen dieser Arbeit werden umfassende Untersuchungen zur Ermittlung der HC-Quellen im Betrieb mit Ladungsschichtung eines Motors mit Benzin-Direkteinspritzung (VOLKSWAGEN 1,6l-81kW-FSI) durchgeführt. Neben der üblichen Prüfstandsmesstechnik werden für die experimentellen Untersuchungen der HC-Quellen ein schneller Flammenionisations-Detektor FFID, die schnell getaktete Gasentnahme, Lichtwellenleiter und verschiedene Visualisierungsmethoden wie laserinduzierte Fluoreszenz (LIF), Partikel Image Velocimetry (PIV), Video-stroboskopie und Photomultiplier-Technologie (PMT) u.a. zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der Kohlenwasserstoffe verwendet. Dabei werden zum einen die Vorgänge im Brennraum während der Einspritzung, der Gemischbildung und der Verbrennung und zum anderen die Vorgänge im Auslasskanal des Motors näher untersucht. Das Verhalten des Einspritzstrahls wird mit neuen Auswertemethoden der PDA-Messtechnik (Phasen-Doppler-Anemometrie) analy-siert, und es wird festgestellt, dass weniger der Raildruck als vielmehr die Geschwindigkeit des Tropfens eine entscheidende Rolle spielt. Durch Variation von Betriebsparametern und konstruktive Änderungen, wie ver-schiedene Topographien des Brennraums (Oberflächenrauigkeit, Beschichtungen, Kolbenmaterial) und Modifikation des Verdichtungsverhältnisses, werden Ver-änderungen im Emissionsverhalten des Motors herbeigeführt, die insgesamt zu einer Absenkung der Kohlenwasserstoff-Rohemissionen führen. Die Luftbewegung zur Unterstützung der Gemischbildung hat großen Einfluss auf die Stabilität der Verbrennung und damit auch auf die Rohemissionen des Versuchs-motors. Eine entscheidende Rolle spielt die Richtung und Intensität der Strömung unter dem Brennraumdach, welche im Betrieb mit Ladungsschichtung überwiegend zur Einlassseite gerichtet ist. Sie ändert sich mit dem in Richtung oberen Totpunkt bewegenden Kolben und nimmt so Einfluss auf Entflammung und Durchbrenn-verhalten. Die Einspritzung erfolgt jeweils während des Kompressionstakts des Motors. Die für die vollständige Verbrennung an der Zündkerze benötigte kompakte Gemischwolke wird durch lange Gemischbildungszeiten in den Randbereichen stark abgemagert. Die dabei entstehenden Gemischinhomogenitäten und hohen Lambdagradienten führen zu vergleichsweise hohen Kohlenwasserstoff-Rohemissionen durch Flame-Quenching. Der Volumenanteil der HC-Rohemissionen durch Flame-Quenching an den Gesamt-HC-Rohemissionen beträgt mehr als 75%. Ein entstehender Kraftstoff-film auf der Kolbenoberfläche, dessen Volumenanteil mehr als 10% ausmacht, eine Grenzschicht zwischen Flamme und Wänden (Wall-Quenching; Volumenanteil >10%) und die fehlende Nachoxidation aufgrund niedriger Abgastemperaturen sind weitere Gründe für hohe HC-Rohemissionen. Ein Abgleich der experimentellen Untersuchungsergebnisse findet zum einen mit der Simulation der Strömungen im Brennraum (CFD) und zum anderen mittels eines phänomenologischen HC-Rohemissions-Modells statt. Die durch Variation der Betriebsparameter hervorgerufenen HC-Rohemissionen können mit dem HC-Modell bestätigt werden.
Schlagwörter :Kohlenwasserstoff, HC, Emissionen, Benzin-Direkteinspritzung, Ladungsschichtung, Gemischbildung, HC-Modell, Simulation
Flame-Quenching, Wall-Quenching, Wandbenetzung
Rechte :Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt.
Größe :XII, 176 S.
 
Erstellt am :24.11.2008 - 13:27:10
Letzte Änderung :22.04.2010 - 09:08:37
MyCoRe ID :HALCoRe_document_00005407
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