GVM Übung 10 WS17 18 Präsentation PDF

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Übung zu Grundlagen der Verbrennungsmotoren...

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10. Übung

Grundlagen der Verbrennungsmotoren Univ.-Prof. Dr.-Ing. S. Pischinger

Otto-, Diesel- und Sonderverfahren Einteilung Kinematik Thermodynamik Kenngrößen, Betriebsverhalten Gemischbildung, Verbrennung Emissionen

18. Aufgabe – Gemischbildung beim Ottomotor Erklären Sie die Aufgaben der Gemischbildung beim Ottomotor und beschreiben Sie die Funktion von Vergaser und Einspritzung.

2

18. Aufgabe

Prinzipvergaser 𝑚𝐵

𝑚𝐿 pu AL, p2

2

D pL

1 6 4 3 AB

3

Umdruck: GVM 6.3, VK2 11.3 D 2424 GVM, VK2u

D pB

5

1 Schwimmer 2 Schwimmernadelventil 3 Schwimmerkammer 4 Brennstoffhauptdüse 5 Drosselklappe 6 Lufttrichter

Schema der Saugrohreinspritzung Steuergerät (2)

Einspritzventil (1) tE

Einspritzgleichung:

Kraftstoff

𝜆= (4) Luftmassenmesser

Luft (3)

𝑚L 4

Umdruck: GVM 6.3, VK2 11.3 D 5658 GVM, VK2

D pB

AB, a B

𝑚L 𝐿st ∙ 𝛼B ∙ 𝐴B ∙ 𝑡E ∙ 𝑖 ∙ 𝑛 ∙ 𝑧 ∙ 2 ∙ ∆𝑝B ∙ 𝜌B

Einfacher Vergaser 1

Schwimmer

2

Schwimmernadelventil

3

Schwimmerkammer

4

Hauptdüse

5

Lufttrichter

6

a-c Drosselklappenstellungen

7 8

Luftkorrekturdüse Mischrohr

9

Bohrungen für Korrekturluft

17

13

11 1

11 Volllastdüse 12 Leerlaufdüse für Brennstoff 14 Leerlauf-Regulierschraube

15 Bypassbohrungen 16 Beschleunigerpumpe 17 Starterklappe 5

Umdruck: VK2 11.3 D 2521 GVM, VK2

10

2

10 Anreicherungsrohr

13 Leerlaufdüse für Luft

7

8

9

5 16

3

12

4

15 6a 14

6b 6c

Zentraleinspritzung und Einzeleinspritzung  Zentraleinspritzung Luft

Kraftstoff

Einspritzventil

Saugrohr

Motor 6

Umdruck: GVM 6.3, VK2 11.3 D 5737 GVM, VK2

Zentraleinspritzung und Einzeleinspritzung  Zentraleinspritzung

 Einzeleinspritzung

Luft

Luft

Kraftstoff

Einspritzventil

Drosselklappe Saugrohr

Saugrohr

Kraftstoff

Motor 7

Umdruck: GVM 6.3, VK2 11.3 D 5737 GVM, VK2

Einspritzventile

Motor

19. Aufgabe – Vergleich Einzeleinspritzung mit Direkteinspritzung

8

19. Aufgabe

Vergleich konventioneller und direkteinspritzender Ottomotor Vier-Takt Motor ANSAUGEN

Konventioneller Ottomotor

Direkteinspritzender Ottomotor Einspritzung spät: Ladungsschichtung

Einspritzung früh: Homogenes Gemisch

LUFT

LUFT+KRAFTSTOFF = GEMISCH

OT

OT

OT

UT

UT

UT

Spark plug: https://openclipart.org/detail/175781/sparkplug 13

Direkteinspritzender Ottomotor

Vergleich konventioneller und direkteinspritzender Ottomotor Vier-Takt Motor

VERDICHTEN

Konventioneller Ottomotor

Direkteinspritzender Ottomotor Einspritzung spät: Ladungsschichtung

GEMISCH

GEMISCH

GEMISCH

OT

OT

OT

UT

UT

UT

Spark plug: https://openclipart.org/detail/175781/sparkplug 14

Direkteinspritzender Ottomotor Einspritzung früh: Homogenes Gemisch

Vergleich konventioneller und direkteinspritzender Ottomotor Vier-Takt Motor

VERDICHTEN

Direkteinspritzender Ottomotor Einspritzung spät: Ladungsschichtung

Konventioneller Ottomotor

Einspritzung früh: Homogenes Gemisch

OT

OT

OT

UT

UT

UT

Spark plug: https://openclipart.org/detail/175781/sparkplug 15

Direkteinspritzender Ottomotor

Vergleich konventioneller und direkteinspritzender Ottomotor Vier-Takt Motor BRENNEN UND EXPANDIEREN

Direkteinspritzender Ottomotor Einspritzung spät: Ladungsschichtung

Konventioneller Ottomotor

Einspritzung früh: Homogenes Gemisch

OT

OT

OT

UT

UT

UT

Spark plug: https://openclipart.org/detail/175781/sparkplug 16

Direkteinspritzender Ottomotor

Vergleich konventioneller und direkteinspritzender Ottomotor Vier-Takt Motor AUSSCHIEBEN

Konventioneller Ottomotor

Direkteinspritzender Ottomotor Einspritzung spät: Ladungsschichtung

Einspritzung früh: Homogenes Gemisch

OT

OT

OT

UT

UT

UT

Spark plug: https://openclipart.org/detail/175781/sparkplug 17

Direkteinspritzender Ottomotor

12

bar Homogener Betrieb Luftverhältnis l = 1 geringe Ladungsbewegung

pme

8 6

Homogener Betrieb Luftverhältnis l = 1,7 ... 1,4 hohe Ladungsbewegung

4 2 0

teilweise gedrosselt

0

1000

2000

3000

4000 n

20

Schichtladebetrieb, AGR hohe Ladungsbewegung

l = 4,0 ... 2,0

Umdruck: GVM 6.5, VK2 11.4 D 5784 GVM, VK2u

5000

min-1

7000

Zeitanteile im NEFZ Fahrzyklus

Betriebsstrategie für die Einspritzung beim DI-Ottomotor

Aufteilung der Prozessverluste beim Ottomotor (Teillast) Drosselgeregelter Ottomotor l = 1,0 60

%

hVP = 47,6 %

Brennstoffenergie

50

6,9 % 40 30

nicht ideale Verbrennung & Leckage Wandwärme Reibung

13,4 % 4,2 % 9,5 %

20

0

Umdruck: D 5804-4 VK1, GVM

5,8 % 7,7 %

10

21

6,2 %

Direkteinspritzender Ottomotor l = 3,4 Verluste durch hVP = 56,1 % Ladungswechsel 3,0 %

21 %

effektiver Wirkungsgrad

n = 2000 min-1, pme = 2 bar

26 %

19. Aufgabe – Vergleich Einzeleinspritzung mit Direkteinspritzung Ein 4-Zylinder 4-Takt-Ottomotor (Superbenzin) wird von diskontinuierlicher Multi-Point Einspritzung (4 Einspritzventile) auf Direkteinspritzung umgestellt. Der Motor besitzt ein Hubvolumen von 2,0 l. Aus dem Betrieb mit diskontinuierlicher Multi-Point Einspritzung sind folgende Daten bekannt: Luftverhältnis Drehzahl Brennstoffmassenstrom eff. spezifischer Brennstoffverbrauch Reibmitteldruck Gaskonstante der Luft Temperatur der Luft Luftdruck

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l n ṁB be pmr RL TL pL

=1 = 2200 min-1 = 1,1 g/s = 350 g/kWh = 0,8 bar = 287 J/kgK = 298 K = 1 bar

a) Berechnen Sie die prozentuale Änderung des Luftaufwandes la, die sich aus der Umstellung auf Direkteinspritzung ergibt. Es kann angenommen werden, dass sich der Brennstoffmassenstrom um 10 % reduziert und das neue Luftverhältnis l =2,4 beträgt.

19. Aufgabe

19. Aufgabe – Vergleich Einzeleinspritzung mit Direkteinspritzung Ein 4-Zylinder 4-Takt-Ottomotor (Superbenzin) wird von diskontinuierlicher Multi-Point Einspritzung (4 Einspritzventile) auf Direkteinspritzung umgestellt. Der Motor besitzt ein Hubvolumen von 2,0 l. Aus dem Betrieb mit diskontinuierlicher Multi-Point Einspritzung sind folgende Daten bekannt: eff. spezifischer Brennstoffverbrauch Reibmitteldruck

be pmr

= 350 g/kWh = 0,8 bar

b) Wie ändert sich der innere Wirkungsgrad ηi, wenn sich die effektive Leistung Pe um 5% erhöht? (Annahme: pmr bleibt konstant.)

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19. Aufgabe

19. Aufgabe – Vergleich Einzeleinspritzung mit Direkteinspritzung Ein 4-Zylinder 4-Takt-Ottomotor (Superbenzin) wird von diskontinuierlicher Multi-Point Einspritzung (4 Einspritzventile) auf Direkteinspritzung umgestellt. Der Motor besitzt ein Hubvolumen von 2,0 l. Aus dem Betrieb mit diskontinuierlicher Multi-Point Einspritzung sind folgende Daten bekannt:

c) Berechnen Sie für den Fall der Direkteinspritzung die Einspritzdauer tE. Der effektive Durchflussquerschnitt AB∙αB eines Ventils beträgt 0,17 mm2. Druckmessungen ergaben für obigen Kennfeldpunkt: pInj pZyl

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19. Aufgabe

= 68 bar = 22 bar

19. Aufgabe – Vergleich Einzeleinspritzung mit Direkteinspritzung Ein 4-Zylinder 4-Takt-Ottomotor (Superbenzin) wird von diskontinuierlicher Multi-Point Einspritzung (4 Einspritzventile) auf Direkteinspritzung umgestellt. Der Motor besitzt ein Hubvolumen von 2,0 l. Aus dem Betrieb mit diskontinuierlicher Multi-Point Einspritzung sind folgende Daten bekannt:

d) Durch Verschmutzung reduziert sich der effektive Durchflussquerschnitt einer Einspritzdüse auf 0,04 mm². Berechnen Sie den sich nun einstellenden Gesamteinspritzmassenstrom bei gleicher Einspritzdauer. Welche Einschaltdauer (für alle Ventile gleich) wäre erforderlich, um den ursprünglichen Gesamteinspritzmassenstrom zu erzielen?

25

19. Aufgabe...