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IFKM
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Institut für Kolbenmaschinen (IFKM)

Prof. Dr. sc. techn. Thomas Koch 

Rintheimer Querallee 2
D-76131 Karlsruhe

Tel.: +49 721 608-42431
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Untersuchung der Gemischbildung, Verbrennung und Schadstoffentstehung im Transientbetrieb eines Ottomotors mit Direkteinspritzung

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Mit dem Wunsch zur Umsetzung einer nachhaltigen Individualmobilität gewinnt die Betrachtung des kundennahen Fahrverhaltens stetig an Bedeutung. Darüber hinaus werden sich zukünftige Gesetzgebungen am realen Fahrverhalten des Endverbrauchers orientieren (NEFZ/WLTP). Vor dem Hintergrund, dass gerade die dynamischen Fahrprofilanteile zu vergleichsweise hohem Energieverbrauch und Schadstoffemissionen führen, kommt der Untersuchung des transienten Motorbetriebs eine Schlüsselrolle zu. Dazu bedarf es einer Strategie, den Verbrennungsmotor unter möglichst realitätsnahen Bedingungen am Prüfstand zu analysieren (Real Driving Emissions). Der Motor wird hierzu als Bestandteil einer Engine-in-the-Loop-Umgebung eingesetzt. Der Verbrennungsmotor wird real betrieben, während ein dreidimensionales Fahrzeugmodell, die Fahrercharakteristik und das Fahrprofil virtuell in einer Echtzeit-Simulation am Prüfstand abbilden. Die Kombination aus Versuch und Simulation schafft somit die Möglichkeiten, den Verbrennungsmotor im virtuellen Fahrversuch mit Sondermesstechnik im Laborumfeld zu untersuchen. Auf diese Weise können kritische Betriebsphasen in beliebigen Fahrprofilen identifiziert und anschließend auch mit Verfahren der optischen Verbrennungsdiagnostik bis auf Einzelarbeitsspielebene analysiert werden. 

Methodik

  • Identifikation der kritischen Betriebsphasen in realen und gesetzlichen Fahrprofilen
  • Detailanalyse der elementaren transienten Prozesse (Lastsprung, Tip-In, Tip-Out, Drehzahlsprung, Schaltvorgänge, Motorstart, Hybridisierung/Phlegmatisierung)
  • Einsatz von Sondermesstechnik (Möglichkeiten zur durchgängigen Untersuchung der Prozesse Gemischbildung, Verbrennung und Schadstoffentstehung)
  • Ableitung von Verbesserungsmaßnahmen
    - In der konventionellen Applikation des ottomotorischen Prozesses
    - Im Hybridkontext - aus der Wechselwirkung von Elektrotraktion und Verbrennungsmotor

Ziele

Ermittlung der relevanten Einflussgrößen auf Verbrauch und Emissionen im transienten Motorbetrieb und Ableitung von Betriebsstrategien zur Gestaltung eines "emissionsoptimierten" Hybridantriebs.

 

Publikationen

  • C. Disch, H. Kubach, J. Pfeil, T. Koch, U. Spicher, O. Thiele, C. Donn, C. Schyr: Zyklusaufgelöste Verbrennungsprozessanalyse des transienten Betriebs an einem Ottomotor mit Direkteinspritzung. 11. Internationales Symposium Verbrennungsdiagnostik, Baden-Baden, 2014.
  • C. Schyr, C. Disch: Detailed Vehicle Modelling – Bottleneck or Enabler for Dynamic Engine Testing. Conference Powertrain Modelling and Control, Bradford, UK, 2012.
P107

Transientprüfstand am IFKM - Aufbau, schematisch