Erschließung von Wirkungsgradpotenzialen aufgeladener Ottomotoren mittels Ladungsverdünnung

In der vorliegenden Arbeit werden die Wirkungsgradpotenziale einer Ladungsverdünnung mit Abgas betrachtet. Die Anwendung dieser Technologie erfolgt dabei an einem aufgeladenen Ottomotor mit geringem Hubraum zum Antrieb von Kraftfahrzeugen. Die Bewertung beruht hauptsächlich auf der Grundlage einer nulldimensionalen Brennverfahrensanalyse messtechnisch erfasster Daten. Zunächst werden die zwei Möglichkeiten zur Ladungsverdünnung, die Zumischung von Luft und Abgas zur Ansaugluft, vorgestellt und miteinander verglichen. Aus der Abwägung von Vor- und Nachteilen geht die Abgasrückführung als das favorisierte und im weiteren Verlauf näher betrachtete Konzept hervor. In der oberen Teillast und Voll-Last ist die gekühlte externe Abgasrückführung Erfolg versprechend. Hierbei wird einzeln auf die Verluste durch reale Schwerpunktlage, reale Kalorik sowie reale HC- und CO-Emissionen eingegangen. In der unteren und mittleren Teillast konkurrieren die Konzepte der internen und externen Abgasrückführung miteinander. Es sind in diesem Lastbereich vor allem die Auswirkungen der Abgasrückführung auf die Verluste durch Ladungswechsel, realen Brennverlauf, reale Kalorik sowie reale HC- und CO-Emissionen von Interesse. Aus den Betrachtungen in der Voll-Last des Motors geht die Aufladung als das begrenzende Element des Wirkungsgradpotenzials durch eine Ladungsverdünnung mit Abgas hervor. Aus diesem Grund erfährt das Thema eine besondere Aufarbeitung. Zum einen werden die Ursachen für die verschärften Anforderungen an die Aufladeaggregate anhand einer theoretischen Abhandlung dargelegt. Zum anderen dient ein Vergleich unterschiedlicher Aufladekonzepte zum Aufzeigen der Dependenzen der Effizienz eines ladungsverdünnten Brennverfahrens in der Voll-Last von der Aufladung. Weiterhin ist ein Diskurs zur Motorkonfiguration bei einer Ladungsverdünnung mit Abgas ein elementarer Bestandteil der vorliegenden Arbeit. Hierbei werden erstmalig die Abhängigkeiten des effektiven Wirkungsgrades eines Ottomotors von wichtigen Auslegungsparametern für das Brennverfahren im Kontext einer Ladungsverdünnung mit Abgas diskutiert. Das sind im Einzelnen das Verdichtungsverhältnis, die durch die Einlasskanalgeometrie generierte Ladungsbewegung als auch die Kühlmitteltemperatur. Es lassen sich durch diese Untersuchungen Schlussfolgerungen auf grundlegende Kriterien zur wirkungsgradoptimalen Auslegung eines ladungsverdünnten Brennverfahrens ziehen.