[Back]

N. Bobicic:
"Untersuchung von Einflussgrößen auf die Selbstzündungsneigung an einem hochaufgeladenen Ottomotor mit Direkteinspritzung";
Supervisor: B. Geringer, P. Hofmann; E315 Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik, 2010; final examination: 2010-05-21.

Die sich mittel- und langfristig zuspitzende Ressourcenknappheit zwingt die Automobilindustrie, nach neuen Möglichkeiten zur Erhöhung der Effizienz des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zu suchen. Eine sehr vielversprechende Möglichkeit für den breiten Einsatz ist das Downsizing bei Otto-Motoren. Hierbei soll ein bestehender Motor durch einen mit kleinerem Hubraum ersetzt werden, der aber zumindest gleiche oder sogar höhere Leistung bieten soll. Bei der Leistungsentfaltung sollte es möglichst über das gesamte Drehzahlband keine Einbußen geben. Damit ist zwingendermaßen eine Anhebung des effektiven Mitteldrucks im Zylinder notwendig. Je nach Downsizing-Grad ist meistens eine Aufladung unumgänglich, sinnvoller weise in Kombination mit Kraftstoffdirekteinspritzung.
Durch den kleineren Hubraum kann im Fahrbetrieb eine Lastpunktanhebung erreicht werden, die das anliegende Lastkollektiv in Bereiche mit höheren Wirkungsgraden des Otto-Motors verschiebt.
Allerdings kann es bei hohen Mitteldruckwerten mit hohen Aufladegraden zu unregelmäßigen Verbrennungen kommen. Besonders kritisch in dieser Hinsicht sind niedrige Drehzahlen, mit weniger ausgeprägter Ladungsbewegung. Hierbei kommt es zunächst zum weitbekannten Klopfen, ab gewissen Aufladegraden sogar zu Selbstzündungen, bei denen die Reaktion auch ohne den Zündfunken eingeleitet wird.
Es ist möglich, dass die Reaktion durch heiße Stellen im Brennraum ausgelöst wird, indem lokal die Zündtemperatur des Gemisches überschritten wird. Solche Stellen sind beispielsweise die Zündkerze, Auslassventile, heiße Stellen des Kolbens. Bei entsprechend hohen Aufladegraden kann es sogar zu einer globalen Überschreitung der Zündtemperatur kommen, wodurch ebenfalls die Reaktion ausgelöst wird. Jedenfalls kommt es in beiden Fällen, wegen der sehr frühen Umsatzlage, und damit vorherrschendem hohen Druck, sowie einer hohen Temperatur im Brennraum, zu einer sehr schnellen Umsetzung mit sehr hohen auftretenden Spitzendrücken im Zylinder. In der Folge können Motorschäden auftreten.
Unterschiedliche Parameter- sowie Hardwarevariationen wurden untersucht im Hinblick auf deren Wirksamkeit bei der Verschiebung der Selbstzündungsgrenze hin zu höheren Aufladegraden. Dabei wurde der Einfluss der Einlasssteuerzeit analysiert, mit begleitenden Messungen der Zündkerzentemperaturen. Weiters wurden die Auswirkungen von externer Abgasrückführung an der Volllast analysiert, sowie eine Ladungsverdünnung durch Magerbetrieb des Motors.