Optimierungspotenziale von Otto-Turbomotoren mit Direkteinspritzung / Optimization of turbocharged direct-injected gasoline engines

Eine wesentliche Problemstellung heutiger abgasturboaufgeladener Ottomotoren mit Saugrohreinspritzung ist die Optimierung des Anfahrverhaltens bei niedrigen Motordrehzahlen. Es stellt sich daher die Frage, ob dieses Verhalten durch Einsatz der Direkteinspritzung beim Ottomotor weiter verbessert werden kann beziehungsweise welche zusaetzlichen Massnahmen das groesste Potenzial bieten. Zur naeheren Darstellung der Problematik wird als Basis des Vortrags ein Ottomotor sowohl mit Saugrohr- als auch Direkteinspritzung thermodynamisch analysiert und bewertet. Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden Optimierungspotenziale der direkteinspritzenden Variante wie beispielsweise Nockenwellensteller dargestellt und im weiteren Verlauf des Beitrags untersucht. Der vorgestellte Otto DI Motor mit Abgasturboaufladung zeigt eine deutliche Verbesserung des Kraftstoffverbrauches ohne nachteilige Auswirkungen auf das Volllastdrehmomentverhalten. Dabei ist es moeglich, das Verdichtungsverhaeltnis gegenueber dem konventionellen Turbomotor um mehr als eine Einheit zu erhoehen. Die sich daraus ergebenden Vorteile schlagen sich im europaeischen Testzyklus (NEFZ) mit einem Verbrauchsvorteil von 3-4 Prozent zusaetzlich zu dem Downsizingvorteil durch Aufladung nieder. Dieses Motorkonzept ist auch deshalb besonders attraktiv, weil einerseits Vorteile der Benzindirekteinspritzung wie ein verbessertes Lastannahmeverhalten wirksam werden und andererseits die von Otto-DI Magerkonzepten bekannten Aufwendungen fuer die Abgasreinigung im sauerstoffhaltigen Abgas (NOx Adsorber) entfallen. Durch den Einsatz von Nockenwellenstellern und damit variablen Steuerzeiten kann das Volllastverhalten des aufgeladenen Otto DI Motors zusaetzlich verbessert werden. Die Nutzung von Spueleffekten fuehrt zu einer erheblichen Verbesserung des Low End Torques, der Volllastdrehmomentanstieg kann bei gleichzeitiger Verbesserung des Verbrauchs im Nennleistungsbereich zu deutlich niedrigeren Drehzahlen hin verschoben werden. Die Attraktivitaet dieses Konzepts wird dazu fuehren, dass beides, sowohl die Turboaufladung als auch die Benzindirekteinspritzung, eine groessere Bedeutung fuer die Anwendung in Fahrzeugen mit Ottomotoren gewinnen wird. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: The main challenge of today's gasoline engines with turbocharger and port fuel injection (PFI) is the optimization of the low end torque behavior. It has to be discussed, whether this characteristic can be influenced with the use of direct injection. In this paper a baseline gasoline engine with PFI and respectively direct injection will be analyzed and compared. In addition further optimization potential like intake and exhaust camphasers or multiple injection will be examined. The turbocharged FEV engine with homogeneous direct injection shows a significant fuel consumption improvement without drawbacks at full load. It is possible to increase compression ratio of at least one unit compared to the PFI version. In addition to the downsizing advantage by turbocharging a fuel consumption potential of 3-4 percent in the NEDC is expected. This engine concept is also interesting with regard to the improved load response behavior by direct injection and the reduced effort for exhaust gas aftertreatment systems, because no NOx adsorber catalyst is needed. The additional use of intake and exhaust camphasers improves the full load behavior of the engine furthermore. Scavenging effects lead to a shift of low end torque buildup to quite low engine speeds (about 1300 rpm). It is expected, that the attractiveness of the presented engine concept will increase the importance of turbocharging and direct injection for gasoline engines. (A)

  • Authors:
    • LANG, O
    • GEIGER, J
    • HABERMANN, K
    • SEHR, A
    • VOGT, B
  • Publication Date: 2003

Language

  • German

Media Info

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01204063
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Oct 7 2010 7:52PM