Pickel, Benedikt: Weiterentwicklung eines verbrauchsoptimierten Dieselbrennverfahrens mit Mehrfacheinspritzung

Abstract in Deutsch:

Das gezielte Einbringen des Kraftstoffs in den Brennraum stellt einen großen Optimierungsansatz hinsichtlich effizienterer, sauberer und leiserer Verbrennung dar. Aus diesem Grund wurde in der Thermodynamik-Entwicklung der Dieselmotoren in den letzten Jahren die eingespritzte Kraftstoffmenge auf einzelne Teileinspritzungen (Vor-, Haupt-, Nacheinspritzungen) aufgeteilt. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt diesbezüglich auf der Weiterentwicklung eines Dieselbrennverfahrens mit Mehrfacheinspritzung. Unter Einsatz eines neuartigen Einspritzsystems ist es möglich, sehr kurze Pausen zwischen den Einspritzungen eines Arbeitstaktes zu realisieren. Dabei können Kleinstmengen an Kraftstoff unter hohem Druck in den Brennraum eingespritzt werden. Als Folge davon findet eine schnelle Verbrennung mit verringertem Kraftstoffverbrauch statt. Diese Einspritzstrategie wird als Digital Rate Shaping (DRS) bezeichnet. Als Kernthema dieser Arbeit wird eine DRS Light Einspritzvariante, auf einem Vollmotorenprüfstand untersucht und mit einer bereits bestehenden konventionellen Einspritzvariante verglichen. Dabei sollen die Einspritzparameter (Einspritzdruck, -teilmengen und -abstände) und die Verbrennungslage, bezogen auf den Kurbelwinkel, mit DRS Light in Hinblick auf Reduzierung des Kraftstoffverbrauches optimiert werden. Gleichzeitig sollen das Verbrennungsgeräusch und die Abgasemissionen aus der konventionellen Strategie als Randbedingungen mit dem optimierten DRS Light eingehalten werden. Zusätzlich gilt es, das neue Einspritzsystem auf die Mengenabweichung zwischen Soll- und Ist-Menge des eingespritzten Kraftstoffs mit den Einspritzvarianten zu untersuchen und zu bewerten. Als Ergebnis der Optimierung von DRS Light lassen sich Verbrauchsvorteile, je nach Betriebspunkt, von bis zu 2,9 %, gegenüber der konventionellen Einspritzstrategie im Teillastbereich erzielen. Dabei werden die definierten Randbedingungen bezüglich Verbrennungsgeräusch und Abgasemission eingehalten und mitunter sogar verbessert. Die ergänzenden kritischen Betrachtungen der Mengenabweichungen mit den Einspritzvarianten sind in beiden Fällen als akzeptabel zu bewerten. Auf Basis der optimierten DRS Light Applikation wird ein Datensatz erstellt, welcher als Grundlage für die weiteren Untersuchungen zur Verfügung steht.