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M. Damböck:
"Darstellung und Entwicklung des Direktstarts für einen Dreizylinder-Erdgasmotor mit Direkteinblasung";
Supervisor, Reviewer: P. Hofmann, H. Eichlseder; Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik (IFA), 2016; oral examination: 2016-10-17.

Legal restrictions for reducing the C02-emissions and the fuel consumption, have forced the automotive industry to develop more efficient drive trains. Natural gas and downsizing
engines are efficient tools to meet these requirements. Therefore a turbo charged engine was installed as the drive of an innovative ultralight-car which unites these concepts by using a natural gas direct injection. In combination with a belt driven starter-generator,
which is connected to the gear box input shaft, a mild-hybridisation has been realised.
Such a drive concept forms the basis of this thesis.
Due to the lack of a starter mounted to the combustion engine in such a structure, for the realization of hybrid-functions start-stop and sailing which need a fast engine restart, a starting method that does not require cranking is necessary.
A so-called 'directstart' allows an engine start up from standstill. This is achieved by systematical injections and ignitions.
The direct injection of natural gas into the combustion chamber allows the use of the directstart in environmentally friendly natural-gas-engines, which up to now has only been
possible in engines with gasoline direct injection.
Previous publications show that the use of the directstart in engines with fewer than four cylinders is not possible or only with much greater efforts due to a large ignition interval.
Moreover the high knock resistance of methane allows the use of high geometrical compression ratios for optimal efficiency, which additionally complicate the application of the directstart.
This thesis illustrates the measures needed in order to use directstart in a three-cylinderengine, in light of the results of rig tests as well as an engine process simulation. A decrease
in geometrical and effective compression ratios was identified as having potential.
Special attention will be payed to the importance of the influence of the energy input du ring the initial combustion. Consequently concerning this matter the opportunities which are given by direct injection of compressed natural gas have been considered in detail.

Die gesetzlichen Restriktionen zur Reduktion der C02-Emissionen und damit des Kraftstoffverbrauchs zwingt die Automobilindustrie immer effizientere Antriebe zu entwickeln.
Sowohl der Einsatz von Erdgas als Kraftstoff als auch aufgeladene Downsizing-Motoren stellen wirkungsvolle Instrumente dar, um diese Anforderungen zu erfüllen. Aus diesem Grund wurde als Antrieb für ein innovatives Ultraleicht-Fahrzeug ein Dreizylinder-Turbomotor
herangezogen, der durch die Anwendung einer Erdgas-Direkteinblasung diese Konzepte vereint. In Verbindung mit einer Mild-Hybridisierung, ermöglicht durch einen mit der Getriebeeingangswelle verbundenen Riemen-Starter-Generator (P2-Hybrid), ergibt
sich ein sehr effizienter Antriebsstrang, welcher die Basis dieser Arbeit bildet. Da bei dieser Anordnung motorseitig kein Starter verbaut ist, erfordert die Darstellung der Hybridfunktionen
Start-Stopp und Segeln, welche nach dem Abstellen einen schnellen Wiederstart des Verbrennungsmotors bedingen, eine Startmethode, bei der kein Hochschleppen auf eine Startdrehzahl erforderlich ist.
Ein derartiges Startverfahren ist der sogenannte Direktstart, bei dem der Hochlauf des Motors nur durch gezielte Einspritzungen bzw. Einblasungen und Zündungen aus dem Stillstand erfolgt.
Die Erdgas-Direkteinblasung eröffnet die Möglichkeit, diesen Direktstart, der bislang nur bei Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung umsetzbar war, auch bei umweltfreundlichen
Erdgas-Antrieben anzuwenden.
Aus bisherigen Publikationen geht hervor, dass der Direktstart an Motoren mit einer Zylinderzahl kleiner als vier nicht oder nur mit größerem Aufwand umsetzbar ist. Der Grund hierfür ist der große Zündabstand. Zudem erlaubt die hohe Klopffestigkeit von Methan
den Einsatz von wirkungsgradoptimalen, hohen geometrischen Verdichtungsverhältnissen, die aufgrund der großen Verdichtungsarbeit die Anwendung des Direktstars zusätzlich erschweren.
In der vorliegenden Arbeit wird sowohl mittels Prüfstandsuntersuchungen als auch einer Motorprozesssimulation erläutert, welche Maßnahmen nötig sind, um den konventionellen
und erweiterten Direktstart an einem Dreizylinder-Motor umzusetzen. Dabei werden die Potenziale die sich aus dem Absenken des geometrischen und effektiven Verdichtungsverhältnisses
ergeben aufgezeigt. Auf den Einfluss des Energieeintrags der ersten
Verbrennung wird besonderes Augenmerk gelegt, wobei diesbezüglich vor allem auf die Möglichkeiten, welche die Erdgas-Direkteinblasung eröffnet, detailliert eingegangen wird.