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Post on 04-Jun-2018
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INHALTSVERZEICHNIS1. Einleitung
2. TwinPower Turbo Technologie für Ottomotoren
3. Anforderungen & Gesetze
4. Potenziale für die Emissionierung
4.1. Motorstart
4.2. Optimierung der Applikation im Katalysatorheizbetrieb
4.3. Kleinstmengenfunktionalität und Optimierungspotenziale Zündeinspritzung im Katalysatorheizbetrieb
4.4. Minimierung Abgaswärmeverluste und Optimierung Katalysatoranströmung
5. Funktionsergebnisse im Fahrzeug
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TURBO AUSFÜHRUNG
• 4 und 6 Zylinder Reihenmotor Mono-ATL System
• V-Motor Bi-ATL System mit Twinscroll Ausführung (Flutentrennung)
• V8-Motor zusätzlich zylinderbankübergreifende Abgaskrümmer für gleiche Zündabstände
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TURBO PRO/KONTRA
• erhöhter Sauerstoffgehalt durch Vorverdichtung
• keine Energie zum Ansaugen nötig
• Verzögerter Light-Off (Anspringtemperatur) des Katalysators
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GESETZE US• LEV II (Low Emission Vehicle) PM (Partikelmassengrenzwert)
von 10 →1mg/mi
• SULEV II (Super Ultra Low Emission Vehicle) gültig in Kalifornien, weiteren US-Bundesstaaten
• PZEV (Partial Zero Emission Vehicle) Zulassung durch: Einhaltung SULEV-Abgasgrenzwerte 15 Jahre+150.000 Meilen
• LEV III weitere Verschärfung ab Modelljahr 2015���10
GESETZE EU• EU 5 (aktuell) PM erstmalig auch für Ottomotoren
• EU 6b ab 2014 zusätzlicher Grenzwert neben PM für Partikelanzahl direkteinspritzender Ottomotoren
• EU 6c ab 2017 weitere Absenkung von PM
• Real Driving Emissions in Diskussion ab 2017 mobile Abgasmeßtechnik im Fahrbetrieb
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URSACHENA. NOx- und HC-Emissionen
• hohes Rohemissionsniveau durch ungünstige Verbrennungsrandbedingungen bei nicht betriebswarmen Motor
• geringe Konvertierung des Katalysators bis Light-Off Temperatur durch Wärmesenke zw. ATL-Eintritt und Kat-Eintritt
B. Partikelemissionen (PN)
• Katalysatorheizstrategie mit zündungsnaher zweiter Einspritzung,
• dadurch inhomogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch mit lokalen fetten Zonen���14
ZIELE UND STELLGRÖßEN
• Ziel → HC-Emissionen reduzieren
• DoE (Design of Experiments) der Stellgrößen: Einlassventilhub, Zündwinkel, Einspritzmenge, Einspritzlage, Anzahl der Einspritzungen
VANOS & VALVETRONICProblem
• Geringe Brennraumwand-temperaturen erschweren Gemischaufbereitung im Kaltstart
• Geringes Ladungsbewegungs-niveau durch niedrige Drehzahl
• Füllungsverluste durch spätem Einlass-Schließt bei Einlass-VANOS Stellung
VANOS/VALVETRONIC
• Teilhub ermöglicht verkürzte Einlass-Öffnungsdauer, frühen Einlass-Schließt Zeitpunkt
• dadurch Rückströmen angesaugter Frischluft vermieden, hohe Zylinderbefüllung, unterstütze Gemischhomo-genisierung
Einfluß verschiedener Einlassventilhübe im Start auf den indizierten Druck (indizierte Arbeit) bei der ersten Verbrennung
EINSPRITZSTRATEGIE START
Homogenstart
• konventionell
• Einspritzung im Ansaugtakt
• gut homogenisiertes Gemisch zum Zündzeitpunkt
!
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HDST (Hochdruckschichtstart)
• Einspritzung im Kompressionstakt
• bessere Gemischaufbereitung durch erhöhte Brennraumtemperaturen
• HC 30% gesenkt durch Verschiebung der Magerlaufgrenze
• geringe Penetration des Kraftstoffsystems und reduzierte Wandbenetzung durch Zweifach-Einspritzung
ZWEIFACHEINSPRITZUNGEinsatz → magerer Katalysator-Heizbetrieb mit Zweifach-Einspritzung
Erste Einspritzung → Haupteinspritzung:
• Erzeugung eines homogenen mageren Grundgemisches
Zweite Einspritzung → Zündeinspritzung nach Zündzeitpunkt:
• Stabilisiert eVerbrennung durch Turbulenzerhöhung im bereits entflammten mageren Grundgemisch
• Nachreaktion mit O2-Überschuß im Abgas
• Anhebung der Abgastemperatur
• Reduzierung HC- und CO-Emissionen
EINSPRITZDRUCKErhöhung des Einspritzdruckes von 120→200 bar
• Reduzierung der Partikelemissionen durch bessere Zerstäubung
• erhöhte Wandbenetzung und steigende HC-Emissionen durch größere Strahleneindringtiefe
• Kompensierung durch Erhöhung interne AGR-Raten durch VALVETRONIC* & BIVANOS*
• bessere Kraftstoffverdamfung und Gemischaufbereitung durch Zunahme der Ladungstemperatur durch Restgasgehalt, sodass niedrigere HC- und Patikelemissionen
• NOx-Vorteil durch langsamere Verbrennungen reduzierter Spitzentemperatur
→insgesamt spätere Schwerpunktlage der Verbrennung führt zur Erhöhung der Abgastemperatur
Reduzierung der Ladungswechselarbeit durch VALVETRONIC und Wirkung der Ladungsbewegungsmaßnahmen Phasing + Masking
OPTIMIERTE EINSPRITZUNG• geringere Eindringtiefe
• Vermeidung der Kolbenwandbenetzung
• kein Rußleuchten
• Rohemissionssenkung
ABGASWÄRMEVERLUSTProblem: Verlust durch Wärmesenke zw. ATL-Eintritt und Kat-Eintritt (Expansion Turbine & Oberfläche Turbinenschnecke) von 300 K
Ziel: Minimierung→ schneller Katalysator-Light-Off →niedrige Abgasemission
Lösung: Wastegate →Steigerung Abgasstrom an Turbine vorbei direkt zum Katalysator
Katalysatoranströmung optimiert theoretisch um 200K praktisch um 220K
Wirksamkeit der Einzelmaßnahmen zur Erreichung des SULEV- Grenzwertes
Basis 100% ATL -40% Kat -60% Einspr. -50%
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