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FachtagungAVL Tech Day, Indizierung
TU Darmstadt20. September 2011
Dr. Robert Fairbrother, Entwicklung Simulation GCA, UKDipl.‐Ing. Fernando Moreno Nevado, Entwicklung Ottomotoren, ESP
Ing. Kurt Prevedel, Entwicklung Aufladung, ADr. Thomas Leifert, Produktmanagement GCA, D
AVL List GmbH
Optimierung transienter Vorgänge mit AVL-GCA an einem Otto-Motor hoher Flexibilität
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Optimierung transienter Vorgänge mit AVL-GCA an einem Otto-Motor hoher Flexibilität
Inhalt: ● Stand der Technik● und der Motor● GCA● Prüfstand und Versuchsprogramm● Stationärbetrieb● Transientbetrieb● Wie geht es weiter?
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Saugmotor
0
10
20
30
Drehzahl [min-1]
p me
[bar
]
1000 2000 3000 4000 5000 6000
Turboaufgeladene OttomotorenVolllasttrend
derzeitige Serienapplikation
mittelfristige Serienapplikation
Potential künftiges downsizing
40
Trend
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Optimierung transienter Vorgänge mit AVL-GCA an einem Otto-Motor hoher Flexibilität
Inhalt: ● Stand der Technik● und der Motor● GCA● Prüfstand und Versuchsprogramm● Stationärbetrieb● Transientbetrieb● Wie geht es weiter?
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Einfluss der 1875 von N. Otto beschriebenenVorverdichtung auf den thermischen Wirkungsgrad
th = const,
0,8
0,6
0,4
0,2
00 4 8 12 16 20
th
th, Gleichraum1
= 1 -
p
VV2 = V3 V1 = V4
Qzu
Einfluss des beim Gleichraumprozess
pmax erreichtdurch Verbrennung
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Hersteller MCE-5 / Lyon, France
Spezifikation 4-Zylinder-Otto, Reihe, VH = 1.5l Direkteinspritzung, RON 95 Kurbeltrieb mit variablem = 6 bis 15 2-stufige Aufladung Zwei Phasenschieber
Technische Daten Pe = 160 kW pmi > 40 bar @ Md = 480Nm
StellkolbenSchubstange
Synchronrolle
KurbelwellePleuel
Steuerstange
Zahnsegment-übersetzung
Arbeitskolben
Der Motor
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Auslaß Druckverlauf
Einlaß druckverlauf
Zylinder Druckverlauf
Verbrennungsanalyse
AVL GCA : ARBEITSPRINZIP UND MOTIVATION
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VERBRENNUNGSANALYSE
ddmh
ddQ
ddQ
ddVp
dumd BB
BBWB
cZ
)(
*) dQB: Wärmefreisetzung durch Verbrennung nach Kraftstoffeintrag (Brennverlauf)
*)
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GCA_C_*_Exhaust_Boundary
e.g.
GCA_C_Pressure_Exhaust_Boundary
BURN_C_ROHR
(Only values after start of combustion are used and are normalized by BOOST) GCA_C_ROHR
GCA_C_Pressure
GCA_C_Valve_Lift_ExhaustGCA_C_Valve_Lift_Intake
GCA_C_Mass_Flow_Intake GCA_C_Mass_Flow_Exhaust
GCA_C_*_Intake_Boundary
e.g.
GCA_C_Pressure_Intake_Boundary
GCA_C_*_Intake
e.g. GCA_C_Pressure_IntakeGCA_C_*_Exhaust
e.g. GCA_C_Pressure_Exhaust
Drücke und Massenströme
Ladungswechselanalyse
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Einl
assd
ruck
/ Zy
linde
rdru
ck
Kurbelwinkel
Ablauf im dynamischen Betrieb
……….
Kurbelwinkelbereich für Zyklus i
i = 1 i = 2 i = 3
pZyl
pein
½ Zykl1 Zykl
½ Zykl
½ Zykl1 Zykl
½ Zykl
½ Zykl1 Zykl
½ Zykl
Randbedingung für Zyklus 1
1 cyc½ cyc
½ cyc
Randbedingung für Zyklus 2
Randbedingung für Zyklus 3
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Prüfstandsaufbau und Messgrößen
PC IndiCom
CAN-card
Ethernet
ETAS
LAVS_41
1 UEGO Sonde
4
1 p In abs
1 p Rail
microIFEM
CAN-Bus
Firewire
DAC
parallele KlopfüberwachungCAN IndiCom PUMA
3 • INDIMODUL 622
ECU
Appl. PC
INCA
4 p Zyl
1 p In1 p Ex
PUMA
F-FEM_AIN200 Hz
mKraftstoff
1 VVT In
1 VVT Ex
1 p Ex abs
1 T In1 T Ex
DACES1000
• 1 UEGO Sonde
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min-1
n
bar
pme
Ladedruck40
Kraftstoffverbrauch
Ladedruck
pmax
TGDI: 20 bar < pme < 25 bar
pmax
1500
1000 1250
be = 265 g/ kWh
2000min-1 / 2 bar
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Operating Point [-]
GG
CA_
R_A
ir_Fl
ow_D
iffer
ence
[%]
-10-8-6-4-20246810BM
EP [b
ar]
05
1015202530 En
gine
Spe
ed [r
pm]
150020002500300035004000
Luftmassenstrombilanz Messung - Rechnung
±5%
0 5 10 15 20 25 30 35 40IMEP - Measured [bar]
IMEP
- C
alcu
late
d [b
ar]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Energiebilanz Rechnung - Messung
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Verdichtungsverhältnis , 2000 min-1 / 2 bar
:81012
14,5
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000Engine Speed [rpm]
5,5
6
6,5
7
7,58
8,59
9,510
10,511
11,512
12,513
13,514
14,5
15 15 15 15 15
BMEP
[bar
]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
14,714,714,313,212,311,810,710,59,69,2
8,48,18,0
7,7
14,814,8
14,513,613,012,311,611,110,8
9,99,9
8,9
8,38,1
7,6
7,16,8
6,2
6,0
6,0
14,714,714,614,013,412,812,611,911,411,2
10,7
9,8
9,5
9,1
8,6
8,0
7,5
6,96,4
6,1
14,914,814,814,714,213,913,413,012,112,111,411,2
10,4
10,0
9,59,2
8,6
8,0
7,5
14,914,7
6,8
14,414,213,913,513,112,712,211,7
10,6
10,1
9,6
9,2
8,7
8,1
7,6
6,86,5
6,1
14,914,914,213,713,613,312,912,411,611,4
11,0
10,3
9,7
9,1
8,7
8,3
7,9
7,4
6,76,9
6,6
20
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000Engine Speed [rpm]
BMEP
[bar
]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1,5
3
4,5
4,5
4,5
6
6
6
7,59 10,5
1213,5
1515 16,5 1814,8
14,414,513,411,910,06,25,87,06,0
3,42,01,5
0,7
14,623,0
15,512,812,311,110,38,05,5
4,85,2
4,5
4,03,7
3,1
2,92,9
2,9
2,7
2,5
18,817,414,913,211,510,68,47,05,95,6
4,6
4,2
4,1
4,1
4,0
4,0
4,0
3,8
3,8
3,8
19,018,117,415,012,711,310,29,37,75,84,94,4
4,1
3,9
3,83,7
3,7
3,6
3,7
18,818,1
3,7
15,012,611,410,19,38,65,65,1
4,1
4,0
4,1
4,1
4,1
4,2
4,2
4,44,8
4,7
13,914,614,812,511,210,19,58,78,58,4
5,8
4,4
4,1
3,9
3,9
3,7
3,7
3,7
4,33,8
6,3
Restgasgehalt, 2000 min-1 / 2 bar
AGRint:8%
12%16%
100% RG
0 90 180 270 360 450 540 630 720Crank Angle
Mas
s Fl
ow [
kg/s
]
-0.02
0.00
0.02
0.04
Pres
sure
[bar
]
0
1
2
3
4
Val
ve L
ift [
mm
]
0
3
6
9
Mas
s fra
ct. C
omb.
Pro
d. [-
]
0.0
0.4
0.8
1.2
Mas
s fra
c. C
omb.
Pro
d. [%
]
120
80
40
0
Restgasverdichtung, 2000 min-1 / 2 bar
UT UT
LWOT
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Optimierung transienter Vorgänge mit AVL-GCA an einem Otto-Motor hoher Flexibilität
Inhalt: ● Stand der Technik● und der Motor● GCA● Prüfstand und Versuchsprogramm● Stationärbetrieb● Transientbetrieb● Wie geht es weiter?
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Ladungswechselphase
Einlass öffnet (1mm)
Auslass schließt (1 mm)
pmi
Spülgrad
paus - pein
AGR ASP 24AGR hoch:KlopfneigungZZP späterEnergieumsatzAbgasenthalpie
p mi[
bar]
- 60
- 55
- 50
- 45
- 40
- 35
- 30
- 25
- 20
- 15
- 10
- 5
- 0
24
Hochdruckphase
Klopfindex
Energieumsatz 50%
pmi
Brenndauer
ASP 24Betrieb an der Klopfgrenze:HDAbgasenthalpie
p mi[
bar]
- 60
- 55
- 50
- 45
- 40
- 35
- 30
- 25
- 20
- 15
- 10
- 5
- 0
27
Piezoelektrischer Hochdrucksensorfür den Brennraum
GH14D
Piezoresistiver Niederdrucksensorfür den Einlass
LP11DA
Piezoresistiver Niederdrucksensormit Kühladapter für den Auslass
LP11DA mit AE04
Die AVL‐Sensorkombination für detaillierte Ladungswechselanalyse mit AVL‐GCA
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