Killer Whale 150


Dann bekommen Sie einen Einblick in die persönlichen Erfahrungen zu Produkten. Die ausgeprägte Kolbenmulde sowie die seitlichen Schultern stabilisieren die Tumble-Strömung und wirken sich ebenfalls positiv auf die Verbrennung aus [43]. Im Homogenbetrieb ähnelt der Verbrennungsablauf dabei weitgehend dem von Motoren mit Saugrohreinspritzung:

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Hol schon mal "Fisch" und Chips und vielleicht auch nochn Bier dazu Nein, im Ernst, wohl die HD-Pumpe. Mich würde mal interessieren, was mit dem Öl im Diesel eigentlich geschmiert werden soll? Kurze Antwort auf Deine Frage. Ich kipp etwa ml auf Liter 2 Tacktöl dazu. Vorzugsweise von Gastrol, wegen dem Geruch. Lieber Alf, dass sind die Globulis der Motoren 8. Verlust noch weiter zu verringern. Und das haben wohl die Betriebswirte nicht so ganz kapiert. Das merkt irgend ein Sensor, u. Die Wirkung liegt aber 1 beim hochwertigen Schmierzusatz , wichtig für hohe Flächenpressung u.

Scherung, wie sie am Nocken u. Das versucht man auch u. Habe auch im Winter den Eindruck eines besseren Frostschutzes, als vor 2 Jahren viele standen, hatte ich 0 Probleme, hatte damals berichtet. Wenn es stimmen würde, wäre es das durchaus wert. Es ist aber schwer, hier eine wirklich verlässliche Aussage zu bekommen, es gibt dazu nur Feuer und Wasser. Das ist wie "Kann ich ein WoMo unter 3,5t fahren? Wenn der Dropps ausgelutscht ist, mach ein einen neuen Thread auf und bekunde mein Problem im WoMo den Kloo artgerecht zu nutzen Auf das es uns nie langweilig werde.

Schon schlimm genug das viel im Winter nicht fahren können Gast am 06 Mär Und so lange laeuft auch schon mein Test mit meinem CDI. Der ist durchweg positiv: Ich kann mir vorstellen, dass dieser Zusatz beim Starten des kalten Motors die Einspritzpumpe noch zusätzlich schmiert, wodurch sie dann leiser wird bzw. Ich pansche auch seit Jahren. Man kann auch Salatöl zumischen. Das haben wir früher bei den 2-Takt-Mopeds gemacht: Die breite Diskussion bzgl.

Gast am 07 Mär Gebe dir recht, nur Du hast kein Vergleich zu nicht panschen. Ohne, würde die Aussage nicht anders lauten. Habe auch einen aus einem anderen Forum. Denke mal das kann man dann auch vergessen. Die würden ja ihre eigenen Produkte schlecht machen.

So zumindest meine Meinung. Und ja ich pansche. Aber erst seit km und seit km mit DPF in meinem alten Trecker. Und ich pansche weiter. Bemerkenswert ist allerdings das jetzt auch schon die Konzerne auf die Gemeinde der Panscher aufmerksam wurde und es anscheinend für nötig halten einen "Test" zu machen.

Wenn es zum grinsen wäre hätten die das weiterhin ignoriert. Auch dies ist nur meine Meinung. Dein Link ist ein Interwiev. Deine Pantscherei scheint für Dich militante Religion zu sein, ich, auch seit 8 Jahren Pantscher mit m.

Und gleich einen Verdacht auszusprechen? D Ich glaube ich habe oft genug gesagt das es meine Meinung ist. Und ich hoffe das ich diese noch sagen darf auch ohne deine Zustimmung. Nur weil ich für mich zu dem Ergebnis gekommen bin, anscheinend du auch, das dieses 2-Takt Öl meinem Motörschen gut tut bin ich glaube ich noch nicht militant.

Obwohl, ich bin ja beim Militär. Da muss man ja ein wenig militant sein oder? Gizmo am 07 Mär Die durch Entschwefelung verursachte verschlechterte Schmierfähigkeit des Dieselkraftstoffs wird urch die Zugabe von Biodiesel mehr als kompensiert; Biodiesel weist sehr gute Schmiereigenschaften auf. Für die älteren Dieselmotoren mit mech. Das mit der Flammfront glaube ich Dir gern, die Cetanzahl geht ja auch etwas zurück. Die anderen angeblichen "Wohltaten" des Öles kamen später hinzu.

Zum anderen destabilisiert sich der Rapsdimethylester über die Zeit , die freien Fettsäuren wirken auf , obwohl als organische Säuren relativ schwach, doch korrosiv auf gehärtete Metalloberflächen.

Den Rest kannst Du Dir denken. Aldi sind die Fettsäuren als Neutralfette mit Glycerin verestert, durch Überlagerung frei werdendende Fettsäuren schmeckst Du das ranzig , bei Diesel nicht: Das dürfte ein harter Schlag für die Pantscher hier im Forum sein?

Bei den homöopathischen Dosierungen die dem Diesel die Panscher zufügen. Mein Subaru BoxerDiesel läuft seit 1: Und kein Dieselnageln mehr, noch nicht mal wenn ich die Karre bei Minusgraden vor der Garage stehen lasse. Aber kann ja jeder halten wie er will, wir sind alle freie Menschen.

Tinduck am 07 Mär Langsamere Flammenfront bedeutet thermodynamisch geringeren Wirkungsgrad des Motors, weil nicht die optimale Gasmenge zum richtigen Zeitpunkt generiert wird. Man wird das also mit einem wenn auch geringen Leistungsverlust bezahlen. Aber das habt ihr wahrscheinlich bei den Schalmeienklängen aus dem Motorraum gar nicht m bemerkt D bis denn, Uwe. Zum Abschluss wird ein Vergleich mit alternativen Antrieben gewagt. Das Buch richtet sich vor allem an die Produktentwickler und Fertigungsverantwortlichen der Automobil- und Zuliefererindustrie und an deren Dienstleister.

Wissenschaft, Forschung und Lehre soll es ein wichtiger Ratgeber sein. Sie haben mit unbestechlicher Fachkompetenz und Ernsthaftigkeit nicht nur den neuesten Stand des Wissens wiedergegeben, sondern auch immer wieder Prognosen in die Zukunft gewagt.

Cirka Bilder sorgen für anschauliche Inhalte und aktuelle Literaturstellen laden zu erweiterndem Studium ein. Ohne ihre fachliche und materielle Unterstützung wäre das Werk so nicht möglich gewesen. Auch dafür möchte ich meinen Dank aussprechen. Und nun wünsche ich dem Werk die verdiente Aufmerksamkeit. Nach seiner aktiven Laufbahn in der Automobilindustrie gründete Richard van Basshuysen ein Ingenieurbüro, das er bis heute leitet.

Herausgeber der international bedeutenden technisch- wissenschaftlichen Fachzeitschriften ATZ Automobiltechnische Zeitschrift und MTZ Motortechnische Zeitschrift , Beratung internationaler Automobilhersteller und Ingenieurdienstleister und Autor und Herausgeber technisch-wissenschaftlicher Fachbücher, die auch ins Englische übersetzt wurden. Fred Schäfer Herausgeber und Mitautor des Internetportals www.

Insgesamt ist er Autor und Mitautor von über 60 technisch-wissenschaftlichen Publikationen. Für sein Lebenswerk wurde ihm von der Universität Magdeburg die Ehrendoktorwürde verliehen. Technische Universität Graz www. Universität Karlsruhe TH www. Robert Bosch, GmbH, Stuttgart www. Technische Universität Braunschweig www. Ford-Werke GmbH, Köln www. Jan Patrick Hänsche Dipl. Uwe Meinig 3 Gemischbildungs- und VerbrennungsProf. Ulrich Spicher verfahren Dipl.

Rudolf Menne 4 Einspritzsysteme und Systemübersicht Prof. Thomas Heidenreich 5 Leistung und Drehmoment Prof. Ulrich Spicher 6 Aufladung 6.

Hans Peter Schmalzl 6. Hans Peter Schmalzl 7 Kraftstoffverbrauch Prof. Ulrich Spicher 9 Abgasemissionen und Schadstoffreduzie- Prof. Ulrich Spicher rung Dipl. Ulrich Seiffert 13 Betriebsstoffe Christian Scharnhorst 16 Ausblick Dr.

Richard van Basshuysen Prof. XVII 12 Benzin-Direkteinspritzung im elektrischen Hybridverbund Nun schickt sich der Ottomotor an, es ihm gleich zu tun.

Es gibt zwar schon seit fast einem Jahrhundert immer wieder Versuche, vor allem aus Leistungsgründen diesen Weg zu beschreiten, aber erst seit zirka zehn Jahren, seit der Einführung des Konzeptes zur Benzin-Direkteinspritzung von Mitsubshi in Europa, stehen die ersten Technologien zur Verfügung, um eine Markteinführung erfolgreich zu bestehen.

Die zu überwindenden Schwierigkeiten sind jedoch ganz erheblich komplexer als beim Dieselmotor mit Direkteinspritzung, weshalb die Marktdurchdringung beim Ottomotor deutlich länger dauern wird. Bei näherer Betrachtung werden drei Entwicklungsrichtungen mit unterschiedlichen Ergebnissen verfolgt: Direkteinspritzung mit homogenem Gemisch 2.

Direkteinspritzung mit geschichtetem Gemisch 3. Direkteinspritzung mit homogenem Gemisch und kontrollierter Selbstzündung, kompressionsgezündet. Vergleichsweise einfach gestaltet sich die Entwicklung der Direkteinspritzung mit mehr oder weniger homogenem Gemisch. Es erfordert keine Sonderkraftstoffe, da die heutige Abgasnachbehandlung im Prinzip beibehalten werden kann. Dadurch ist dieses Verfahren weltweit geeignet. Beeinflusst durch erste beachtliche Erfolge im Motorsport steht dieses Konzept für besonders leistungsstarke und somit sportliche Fahrzeuge.

Die Direkteinspritzung mit geschichtetem Gemisch wird vor allem zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emission weiterentwickelt. Neben dem wandgeführten Konzept von Mitsubishi haben in Europa auch luftgeführte Verfahren Eingang in die Serie gefunden. Die erwarteten Verbrauchsvorteile dieser Verfahren sind jedoch prinzipbedingt vor allem im höheren Last- und Drehzahlbereich nicht eingetreten.

Daher bestehen berechtigte Zweifel am Sinn dieser Konzepte, da sie wegen erhöhtem Aufwand für die Nachbehandlung der Abgase im überstöchiometrischen Bereich und wegen der erforderlichen schwefelfreien Kraftstoffe zu aufwändig sind und nicht weltweit eingesetzt werden können. Unter diesen Aspekten tritt seit einiger Zeit wieder das strahlgeführte Verfahren in den Vordergrund.

Im Forschungsbereich werden seit langem Verfahren mit Direkteinspritzung untersucht, bei denen mit homogenem Gemisch und kontrollierter Selbstzündung, kompressionsgezündet, gearbeitet wird. In Verbindung mit Kraftstoffen, die speziell für diese Brennverfahren entwickelt werden, könnte ein lange gehegter Traum in Erfüllung gehen: Aus den heutigen Brennverfahren für Ottomotoren einerseits und für Dieselmotoren andererseits könnte ein optimales gemeinsames neues Brennverfahren hervorgehen, das die Vorteile beider Motoren vereint.

Als erste erfolgreiche Verwirklichung eines Hubkolben-Verbrennungsmotors ist ein von Jean Joseph Etienne Lenoir konzipierter, noch ohne Gemischverdichtung, aber bereits mit elektrischer Funkenzündung ausgerüsteter Leuchtgasmotor, anzusehen. Im Jahr patentierte Nikolaus August Otto den nach ihm benannten ersten atmosphärischen Gasmotor. Von diesem Motor abgeleitet realisierte er bei Deutz den in seinen Merkmalen Viertaktverfahren, Vorverdichtung des Luft-Gasgemisches jedoch von Beau de Rochas bereits beschriebenen ersten Viertaktmotor.

Dieser markiert einen wichtigen entwicklerischen Meilenstein zur Verwirklichung erster Automobile mit Benzinmotoren im Jahr , die durch Carl Benz und Gottlieb Daimler sowie Wilhelm Maybach entwickelt wurden. Sowohl bei den ersten von Benz als auch von Daimler gebauten Fahrzeugmotoren erfolgte die Gemischbildung in unabhängig von einander entwickelten Schwimmervergasern, bei denen die Ansaugluft durch eine mittels Schwimmer auf konstanter Höhe gehaltene Benzinsäule geleitet wurde.

Bei beiden Vergaserkonzepten wurde die Verdampfung des Kraftstoffs durch die Zufuhr von Wärme gefördert. Bei diesem für Jahrzehnte wegweisenden Gemischbildungskonzept ragt eine Kraftstoffdüse in einen im betreffenden Bereich im Querschnitt verringerten Ansaugkanal.

Die durch die Querschnittverringerung beschleunigte Ansaugströmung bewirkt ein Ansaugen und eine Zerstäubung des aus der Düse austretenden Kraftstoffs. Auch bei diesem Vergaser wird das Kraftstoffniveau an der Düse mittels eines Schwimmers auf einem konstantem Niveau gehalten. Die Benzineinspritzung besitzt eine ähnlich lange Entwicklungsgeschichte wie der Vergaser.

Im Jahre wurden erstmals von der Halleschen Maschinenfabrik Stationärmotoren mit Kraftstoffeinspritzung hergestellt [2]. Der Stempel c der Einspritzpumpe wird gemeinsam mit dem Einlassventil d über einen von der Nockenwelle e bewegten Winkelhebel betätigt. Während des Verdichtungshubs des Pumpenkolbens c wird das zuvor angesaugte Benzin durch das Druckventil g in den Ansaugkanal vor das Einlassventil gespritzt. Die Einspritzmenge lässt sich durch die Änderung des Hubs des Einspritzpumpenstempels mittels Handschraube u variieren.

Erwähnenswert ist bei diesem Motor auch die gezielte Erzeugung einer Ladungsschichtung. Damit das angesaugte Kraftstoff-Luftgemisch direkt in die Nähe der Zündeinrichtung gelangt, wird der Ansaugkrümmer bis in den Brennraum geführt. Die Rohrmündung ist dabei in Richtung des Zylinderdeckels gerichtet.

Hierdurch werden die in diesem Bereich vorhandenen, schwer entflammbaren Restgase verdrängt. Die Entflammung des Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt ähnlich wie bei den von Nikolaus August Otto zu jener Zeit konzipierten Motoren mittels einer ebenso von der Nockenwelle betätigten Flammenzündeinrichtung.

Die als Skizze erhalten gebliebene Benzinpumpe sollte einen Pumpenstempeldurchmesser von 2 mm und einen Hub von 7 mm erhalten und die Saug- sowie Druckleitung durch einen Flachschieber gesteuert werden. Erste Untersuchungen zur Kraftstoff-Direkteinspritzung bei Ottomotoren begannen bereits Die Einspritzung des Kraftstoffs erfolgte kurze Zeit vor dem oberen Totpunkt des Kolbens, wodurch eine fette Gemischwolke an die Zündkerze gelangte.

Der notwendige Einspritzdruck wurde von einem stufenförmig ausgebildeten Kolben während der Kompression erzeugt. Allerdings scheiterten diese ersten Versuche an den fehlenden technischen Möglichkeiten. Den Ausgangspunkt für diese Entwicklung stellten bei Junkers im Jahre die Bestrebungen dar, vor dem Hintergrund der aufkeimenden Luftfahrt- und Motorenindustrie einen wirtschaftlichen, wenig brandgefährdeten Dieselmotor als Flugantrieb zu schaffen.

Als Motorkonzept wurde ein liegend angeordneter Zweitakt-Gegenkolbenmotor mit zwei mechanisch gekoppelten Kurbelwellen gewählt, welches sich später in Form der Junkers Flugdieselmotoren Jumo und in Serie bewährt hat. Obwohl man bei Junkers von der Beherrschbarkeit des Dieselverfahrens in diesem Motor überzeugt war, blieben Anfang durchgeführte Versuche mit einem ersten Vierzylinderversuchsmotor Typ: Unter anderem wegen der technischen Probleme mit dem Dieseleinspritzsystem und der Forderung des Kriegsministeriums nach Benzin- oder Benzolbetrieb bei Flugmotoren basierten alle weiteren Versuche mit Flugmotoren bei Junkers bis zum Kriegsende im Jahr auf Benzin als Kraftstoff.

Basis der Versuche an Benzinmotoren war neben einem entsprechenden Einzylinderaggregat ein neu konstruierter Sechszylindermotor Typ: Die zunächst favorisierte Gemischspülung erwies sich wegen fatalen, durch Rückzündungen in das Kurbelgehäuse verursachte Motorschäden als nicht beherrschbar.

Aus diesem Grunde entschied man sich bei Junkers für die Einspritzung des Kraftstoffs direkt in den Zylinder des Motors. Diese Entwicklung erfolgte unter der Federführung von Otto Marder. Aus der in Bild 2. Durch die tangentiale Ausrichtung der Spül- und Auslasskanäle wird der Verbrennungsluft eine Drallströmung aufgeprägt, welche die Gemischbildung unterstützt.

Schnittdarstellung des Junkers Fo. Unter Leitung des unermüdlichen Otto Marder gelang es dabei, die Einspritzpumpe in langwierigen Konstruktions- und Versuchsarbeiten zu optimieren. Bereits im Jahr wurden Junkers Fo. Ein, wenn auch technisch sehr aufwändiger, Lösungsansatz wurde dabei in Form einer Wasserkühlung der Zündkerzen verfolgt. Dieser Teil der Entwicklung wurde von der Firma Bosch übernommen.

Neben den Versuchen am Fo. Die Ergebnisse der mit dem genannten Motor im Sommer durchgeführten Versuche lassen sich wie folgt zusammenfassen [6]: Der mit dem Einspritzsystem ausgerüstete Motor springt nach Durchdrehen der Einspritzpumpe von Hand im Vergleich zum entsprechenden Vergasermotor besser an.

Eine Leerlaufdrehzahl von min-1 lässt sich ohne Probleme halten. Aus einem aus diesem Anlass von Otto Marder verfasstem Besuchsbericht [5] geht eine weitgehende Beherrschung der Benzin-Direkteinspritzung bei Junkers hervor. Zudem werden in diesem Bericht neben den bereits genannten Vorteilen auch die verminderte Brandgefahr, 8 2 Geschichte der Benzin-Direkteinspritzung die verbesserte Anpassung der Gemischbildung an die jeweilige Flughöhe und der verringerte Bauraumbedarf des Einspritzsystems hervorgehoben.

Unter anderem die bereits mehr als ein Jahrzehnt zuvor bei Junkers nachgewiesenen Vorteile der Benzin-Direkteinspritzung bildeten offenbar auch den Hintergrund dafür, dass sich Anfang der er Jahre in Deutschland wichtige Flugmotorenhersteller im Einvernehmen mit den zuständigen Ministerien auf die Entwicklung der Benzin-Direkteinspritzung konzentrierten.

Ausgangspunkt dieser Entwicklung zu Beginn der er Jahre war die Beauftragung der deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt DVL in Adlershof zur systematischen Untersuchung der Brennstoffeinspritzung in Zünderflugmotoren durch das damalige Verkehrsministerium. Bei den Versuchen wurden konventionelle Dieseleinspritzpumpen mit Exzenterwellen und Zapfendüsen, teilweise auch Lochdüsen, verwendet.

Aus einem von K. Schnauffer verfassten DVLBericht vom Bei Einspritzung des Kraftstoffs in den Verdichtungshub ergaben sich brauchbare Ergebnisse nur bei Verwendung kammerartiger Brennräume. Die Ergebnisse entsprechender Versuche an Zweitaktmotoren waren demgegenüber negativ.

Beispielhaft soll hier auf die Entwicklung der Benzin-Direkteinspritzung an Hand der Flugmotoren von Daimler-Benz näher eingegangen werden. Wegen der Empfindlichkeit der Düse gegen jegliche Verunreinigungen im Kraftstoff wurde in die Einspritzdüse auf Vorschlag von Daimler-Benz ein kleines Spaltfilter integriert. Aus diesem Grunde erwies sich eine zunächst befürchtete, unter dem Gesichtspunkt der Reduzierung der Klopffestigkeit als unerwünscht angesehene Notwendigkeit der Schmierölzumischung zum Kraftstoff als unbegründet.

Der Aufbau der Einspritzpumpe ähnelt dem vergleichbarer Dieseleinspritzpumpen. Die Schrägkante am Pumpenkolben ist so gestaltet, dass sich in Abhängigkeit von der Last ein veränderliches Förderende ergibt. Der Schwerpunkt der Entwicklungsarbeiten lag dabei in einer sorgfältigen Abstimmung der Gaswechselvorgänge, der Verdichtungsverhältnisse, der Ladedrücke und der Ventilsteuerzeiten.

Schnittdarstellung des Zylinders des Zwölfzylinderflugmotors DB bzw. In Verbindung mit der durch die Direkteinspritzung bedingten kurzen Vorreaktionszeiten des Kraftstoffs im Frischgas und der genauen Zumessung des Kraftstoffs auf die einzelnen Zylinder des Motors war es so möglich, vergleichsweise hohe Verdichtungsverhältnisse und allgemein eine Verminderung der Kraftstoffempfindlichkeit der Motoren zu erreichen.

Wie erläutert, war die Direkteinspritzung eine wesentliche Voraussetzung für die dargestellte gravierende Steigerung der Höhenleistungen innerhalb weniger Jahre. Illustration der Funktion des in die Bosch-Einspritzpumpe integrierten Gemischreglers der Daimler-Benz-Flugmotoren DB und [3] Die Entwicklung von Flugmotoren mit Direkteinspritzung war bei weiteren Flugmotorenherstellern ebenfalls sehr erfolgreich [6].

Die Zwölfzylinderflugmotoren von Junkers Jumo , und wurden mit von der Firma Junkers selbst hergestellten Einspritzpumpen ausgerüstet, die im grundsätzlichen Aufbau denen der von Bosch für die Daimler-Benz-Flugmotoren entsprachen. Bei dieser Pumpe wurden die 14 Pumpenelemente trommelförmig im Pumpengehäuse angeordnet.

Die Steuerkanten der Pumpenkolben waren beidseitig angeschrägt, so dass bei Verdrehung der Pumpenkolben Variation der Einspritzmenge sowohl Förderbeginn als auch Förderende gleichzeitig verändert wurden. Die aus dem Flugzustand resultierenden Anforderungen an die Steuerung beziehungsweise die Regelung der Motorbetriebsparameter betreffen den Ladedruck, das Luft-Kraftstoffverhältnis, die Drosselklappenstellung, den Zündzeitpunkt, die Schaltstellung des Laders und die Blattstellung der Luftschraube.

Die Einspritzmenge wurde bei diesem Regler sowohl vom Umgebungsdruck und dem Ladedruck als auch von der Ladelufttemperatur beeinflusst. Bei diesem Gerät sind die Funktionen Ladedruck-, Drehzahl- und Gemischregulierung, Drosselklappenautomatik, Zündverstellung, Leerlaufregulierung, Laderschaltung und die Druckölversorgung der Regler mit Kraftverstärker in einer leicht austauschbaren Einheit zusammengefasst.

Das erste Verfahren der Benzin-Direkteinspritzung mit offenem Brennraum und Ladungsschichtung wurde von Hesselman [10, 11] um verwirklicht. Im Bereich der Fahrzeugmotoren erfolgte durch die Lizenznahme verschiedener Firmen eine Verbreitung dieses schwedischen Motors in der Anwendung [10, 12].

Dabei handelt es sich um ein luftverdichtendes Brennverfahren mit inhomogener Gemischbildung, Fremdzündung, Qualitätsregelung bei Volllast und Quantitätsregelung bei Teillast und im Leerlauf.

Das Verfahren zeichnete sich durch die späte Einspritzung in den Kompressionshub aus, wobei der Kraftstoff in Richtung einer Drallströmung eingebracht wurde. Dabei wurde die Drallgenerierung durch Schirmventile realisiert. Die Gemischaufbereitung erfolgte während des Transports vom Injektor zur gegenüberliegenden Zündkerze, wo das Ende der vorbeiströmenden Gemischwolke entflammt wurde. Zur Lastregelung konnte die Einspritzdauer variiert werden, wobei der Zeitpunkt des Einspritzendes konstant blieb.

Bei niedriger Last musste aufgrund einer ansonsten instabilen Verbrennung angedrosselt werden. Der Motor zeichnete sich durch gute Leistungs- und Verbrauchsdaten sowie durch Vielstofffähigkeit aus. Das Brennverfahren kann auch als Hybrid- oder Vielstoffverfahren gezählt werden, aufgrund der technischen Nähe zu Ottomotoren mit Direkteinspritzung wird es hier aber aufgeführt.

Mit dem Ausbruch des zweiten Weltkriegs wurden alle Entwicklungsaktivitäten unterbrochen [13] und erst nach Kriegsende, vor allem bei Zweitaktmotoren für den Einsatz im Fahrzeug, wieder aufgenommen. Bei Zweitaktmotoren bietet die Direkteinspritzung, insbesondere wegen der durch das Prinzip bedingten Spülverluste, ein wesentliches Potenzial zur Kraftstoffverbrauchsreduzierung.

Durch den Beginn des zweiten Weltkriegs kamen auch diese Entwicklungsaktivitäten zum Stillstand. Im Jahr wurden, basierend auf den bei Flugmotoren gewonnenen Erfahrungen, in enger Zusammenarbeit zwischen den Firmen Bosch und Gutbrod, aber auch Bosch und Goliath, die Entwicklung der Benzin-Direkteinspritzung bei Zweitaktmotoren wieder aufgenommen. Die optimistisch begonnene Entwicklung gestaltete sich dabei allerdings schwieriger als zunächst angenommen. Wie in [3] und [10] dargestellt, mussten bis zur Erlangung der Serienreife zahlreiche Entwicklungsschritte vollzogen werden.

Hierzu zählen der Übergang vom Einspritznocken zum Exzenter, die Wahl der Einspritzdüsenlage im Zylinderkopf in der Position, dass der Einspritzstrahl dem aufsteigenden Spülstrom entgegengerichtet ist, die Entwicklung eines neuen Klappenstutzens inklusive der Schubabschaltung, die Erhöhung der Verdichtung des Motors, die Festlegung der günstigsten Lage der Zündkerzen und die Abstimmung der Ansaug- und Auspuffanlage.

Trotz einer Erhöhung der Literleistung von 29 kW auf 33 kW konnte, insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen, der spezifische Kraftstoffverbrauch gravierend verringert werden.

Unter anderem die hohen Kosten für die Einspritzanlage, aber auch die begrenzte Bedeutung niedriger Kraftstoffverbräuche zu jener Zeit, waren Gründe dafür, dass sich die BenzinDirekteinspritzung bei Zweitaktmotoren nicht durchsetzen konnte. Bereits Ende lagen so positive Ergebnisse vor, dass mit der Fahrzeugerprobung dieses Motorkonzepts gestartet werden konnte. Der Abspritzdruck der Einspritzdüsen betrug ca.

Trotz einer erheblichen Verringerung des Kraftstoffverbrauchs durch die Direkteinspritzung konnte die maximale Leistung des Motors um ca. Besonders hervorzuheben ist bei diesem Motorkonzept die hohe Elastizität auch bei sehr niedrigen Motordrehzahlen sowie ein direktes und verzögerungsfreies Ansprechen des Motors auf Laständerungen.

In die Zeit der er Jahre fallen zudem verschiedene Ansätze und Untersuchungen zur Direkteinspritzung wie entsprechende Versuche bei NSU mit verschiedenen Einspritzsystemen [15, 16, 17], die allerdings nicht zu einer Umsetzung in die Serie geführt haben. Lediglich in Forschungsabteilungen der Mineralöl- und Automobilindustrie sowie an Forschungsinstituten wurde weiterhin an der Benzin-Direkteinspritzung geforscht.

Derartige Motoren werden im Allgemeinen als Hybrid-, aber auch als Vielstoffmotoren bezeichnet. Im Sinne der historisch chronologischen Betrachtung und wegen der technischen Nähe zu den klassischen Ottomotoren mit Benzin-Direkteinspritzung soll daher auch auf diese Motoren eingegangen werden. Dieses Verfahren kombiniert die Merkmale der klassischen Diesel- und Ottoverfahren und ist daher zu den Hybridverfahren zu zählen. Hier wurde der Kraftstoff in einem scharfen Strahl in eine rotationssymmetrische Kolbenmulde eingespritzt.

Ein Drallwirbel sorgte, unterstützt von der Brennraumtemperatur, für das Wiederabdampfen des Kraftstoffes an der Kolbenmuldenwand. Die Entzündung des Gemisches erfolgte durch die Zündkerze. Diverse Untersuchungen beschäftigten sich mit der Optimierung der Anordnung von Zündkerze und Injektor.

Die besten Ergebnisse wurden mit Konfigurationen erzielt, bei denen eine Zündkerze mit zwei parallelen Stiftelektroden an der Brennraumwand gegenüber dem Injektor angeordnet oder eine Zündkerze mit drei Masseelektroden am Strahlrand positioniert wurde.

Verschiedene Varianten wurden in Fahrzeugen eingesetzt. Ziel des Verfahrens war die Senkung des Kraftstoffverbrauchs. Durch Abschirmung des Einlassventils im Zylinderkopf wurde die Ausbildung einer Drallströmung erreicht, welche von der vor dem oberen Totpunkt einsetzenden Quetschströmung noch verstärkt wurde. Zur Verbesserung der Kraftstoffverteilung bei Volllast wurde ein Einspritzventil mit oszillierender Düsennadel verwendet, so dass die Gemischwolke während der Einspritzung mehrmals aufgebrochen wurde.

Injektor und Zündkerze waren so angeordnet, dass sich der eingespritzte Kraftstoff möglichst zentral im Brennraum befand. Dieses Verfahren konnte völlig drosselfrei betrieben werden.

Es zeichnete sich durch günstigen Verbrauch, niedrige Schadstoffemissionen und hohe spezifische Leistung aus. Eine weiterentwickelte in Bild 2.

Der Injektor war zentral im Brennraum positioniert. Der Kraftstoffstrahl wurde von zwei seitlich am Strahlrand angeordneten Zündkerzen entzündet. Die rotationssymmetrische Kolbenmulde befand sich zentral im Kolben. Um eine möglichst niedrige NOx-Emission zu erreichen, wurde auch bei hohen Motorlasten Abgas zugeführt.

Das Verfahren wurde in zahlreichen Motor- und Fahrzeugversuchen untersucht. Bei diesem vom Dieselmotor abgeleiteten Verfahren wurde versucht, den Einsatz von Kraftstoffen mit niedriger Cetanzahl zu ermöglichen. Dazu wurde ein vorhandener Dieselmotor zusätzlich mit einer Zündkerze ausgerüstet, die nahe der 2-Loch-Einspritzdüse angeordnet wurde. Der eingespritzte Kraftstoff verdampfte vor dem Auftreffen auf die Kolbenmulde.

Für einen stabilen Motorbetrieb war allerdings der Einsatz einer Sonderzündkerze notwendig. Die Einspritzung erfolgte entgegen der Drallströmung. Dadurch wurde eine schnelle Verdampfung kleiner Kraftstofftropfen erreicht, die von der Drallströmung mitgerissen wurden und gut aufbereitet an die Zündkerze gelangten.

Dort wurde dieser Gemischanteil gleich nach dem Eintreffen entzündet. Da dieser Zeitpunkt nicht exakt vorausbestimmbar war, wurde eine lange Zünddauer benötigt. Dazu wurde eine Zapfendüse eingesetzt, mit der verschiedene Nadelhübe realisiert werden konnten. Dadurch erfolgten innerhalb kurzer Zeit eine gute Gemischaufbereitung und der Transport des Gemisches zur Zündkerze.

Motoren mit diesem Brennverfahren wurden in Japan in Erntemaschinen eingesetzt. Der Kraftstoff wurde mit einem scharfen Strahl in den Brennraum eingebracht. Die Kraftstoffzerstäubung erfolgte, wie in Bild 2. Die Entzündung erfolgte durch eine nahe der Brennraummitte angeordnete Zündkerze mit vorgezogener Funkenlage.

Auch bei Volkswagen wurden dem AD bzw. In verschiedenen Varianten wurden unterschiedliche Zündkerzen- und Injektorpositionen untersucht. Auch hier wurde das zuerst an die Zündkerze gelangende Gemisch entzündet. Der Zündzeitpunkt war dabei an den Einspritzbeginn gekoppelt. Ein dynamischer Motorbetrieb mit schnellen Laständerungen konnte mit allen Schichtladekonzepten wegen der mechanisch arbeitenden Einspritzsysteme nicht zufrieden stellend dargestellt werden.

Erst gegen Ende der er Jahre haben Fachbeiträge und Veröffentlichungen, insbesondere der australischen Firma Orbital [34], aber auch japanischer Automobilhersteller Subaru [35], Toyota [36] sowie der AVL [37, 38] über Zweittaktmotorenkonzepte mit innerer Gemischbildung die technischen Potenziale der Benzin-Direkteinspritzung wieder in den Blickpunkt des Interesses der Motorenentwickler gerückt.

Auch Bosch stellte ein Versuchsfahrzeug mit strahlgeführter Direkteinspritzung und Schichtladebetrieb vor [43]. Wegen der im praktischen Fahrbetrieb begrenzten Verbrauchseinsparung, der kostenaufwändigen Abgasnachbehandlungstechnik für den Magerbetrieb NOx-Speicher-Katalysator und der Gefahr vermehrter Partikelemissionen im Abgas bei später Einspritzung kurze Gemischaufbereitungszeiten haben sich diese ersten Konzepte mit Ladungsschichtung nicht auf breiter Basis durchgesetzt.

Die Benzin-Direkteinspritzung in Verbindung mit der Turboaufladung bietet, wie aktuelle Veröffentlichungen [44, 45] zeigen, ein interessantes Potenzial zur Verringerung der Leistungsgewichte und des Kraftstoffverbrauchs und wird in den kommenden Jahren sowohl in Form von Leistungs- wie auch von Downsizing-Konzepten eine zunehmende Verbreitung finden.

Literatur [1] Hucho, W. Schläft die europäische Autoindustrie? Automobil Revue, Heft 33, [2] Sass, F.: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von bis Springer-Verlag, [3] Scherenberg, H.: Rückblick über 25 Jahre Benzineinspritzung in Deutschland. MTZ 16 , Nr. Übersicht über den heutigen Stand niedrig verdichtender Einspritzmotoren mit Fremdzündung. ATZ 38 , Nr. Dieselmotoren für die Luftfahrt.

Aviatic-Verlag [6] von Gersdorff, K. Bericht über Versuche mit Brennstoffeinspritzung in Zündermotoren. Deutsche Luftwacht, Ausgabe Luftwissen 10, S. ATZ 33 , Nr. Motoren mit geschichteter Ladung, 1. Einteilungsschema und Auswertung des veröffentlichten Materials zu Schichtladeverfahren. Forschungsberichte Verbrennungskraftmaschinen, Heft [12] Schweitzer, P.: MTZ 24 , Nr. Zweitakt-Benzineinspritzung bei Gutbrod und Goliath. MTZ 13 , Nr. Schnelle Motoren seziert und frisiert. Motorbuchverlag, [15] Froede, W.: Benzineinspritzung für kleine Zylinder von Ottomotoren.

ATZ 57 , Nr. Motorbuch Verlag [17] Dröschel, H.: ATZ 58 , S. Die Beseitigung des Kraftstoffklopfens durch das Texaco-Verfahren. ATZ 52 , Nr. ATZ 67 , Nr. A New Deutz Multifuel System.

Forschungs- und Entwicklungsergebnisse von Schichtlademotoren. MTZ 38 , Nr. MTZ 50 , Nr. Der Orbital Verbrennungsprozess des Zweitaktmotors. Internationalen Wiener Motorensymposium, VDI-Verlag [35] N.

Neuer Subaru — Zweitaktmotor im Versuch. MTZ 52 , Nr. Auto Motor Sport , Heft 25, S. Der Zweitaktottomotor mit innerer Gemischbildung. VDI-Verlag [39] N. Mitsubishi Benzinmotor mit Direkteinspritzung. Technisches Dossier, [40] Kato, S.: Internationales Wiener Motorensymposium, [41] Krebs, R. Internationalen Wiener Motorensymposium 4. MTZ , Nr. Benzin-Direkteinspritzung für Ottomotoren — Entwicklungsstand und Ausblick.

Kunden und zukunftsorientierte Technologien am Ottomotor heute und morgen. Internationalen Wiener Motorensymposium VDI-Verlag, 29 3 Gemischbildungs- und Verbrennungsverfahren In den vergangenen Jahrzehnten hat der konventionelle Ottomotor wie auch der Dieselmotor einen hohen Entwicklungsstand erreicht.

Während beim Pkw-Dieselmotor der Schritt zur Direkteinspritzung durch Audi [1] gelungen ist, auch durch vorliegende Erfahrungen aus dem Nutzfahrzeugbereich, wurde beim Ottomotor bis heute die Laststeuerung durch Mengenregelung mittels Drosselklappe beibehalten. Hieraus ergeben sich besonders im Teillastgebiet deutliche Wirkungsgradverluste, verbunden mit einem hohen spezifischen Kraftstoffverbrauch. Dies ist insbesondere dadurch von Bedeutung, da aufgrund der heutigen Verkehrsproblematik die Fahrzeuge überwiegend im Teillastbereich betrieben werden.

Die Reduzierung der Drosselverluste in der Ladungswechselphase besitzt somit ein erhebliches Potenzial zur Verbrauchsabsenkung und damit zur Ressourcenschonung. Neben Ansätzen zur Verringerung der Ladungswechselverluste durch neue Konzepte mit variablen Ventilsteuerungen gibt es schon seit mehr als hundert Jahren Bemühungen, den Ottomotor ähnlich dem Dieselmotor durch direkte Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum drosselfrei zu betreiben.

Die sich nun hinter der modernen Direkteinspritzung bei Ottomotoren verbergende Idee ist, Vorteile des Dieselmotors mit denen des Ottomotors zu vereinen. Bei Dieselmotoren bestehen die Vorteile in den geringen Ladungswechselverlusten, der Qualitätsregelung Lastregelung alleine über die zugeführte Kraftstoffmenge und den geringen Wandwärmeverlusten.

Für Ottomotoren mit Direkteinspritzung gibt es zwei verschiedene Betriebsarten Betriebsstrategien , die sich im Wesentlichen durch ihren Einspritzzeitpunkt, ihre Drosselklappenstellung und ihre Gemischzusammensetzung unterscheiden. Dies ist notwendig, da zur Realisierung eines ungedrosselten Betriebs im Teillastbetrieb mit homogener Gemischbildung die Ladung im Motorbrennraum so abgemagert werden muss, dass eine Zündung wegen der Zündgrenze bei Luft-Kraftstoffverhältnissen O von ca.

Um eine sichere Zündung und Entflammung des Luft-Kraftstoffgemisches zu gewährleisten, muss die Gemischbildung so erfolgen, dass sich ein zündfähiges, brennbares Gemisch im Bereich der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündeinleitung befindet.

Gemischzusammensetzung und Betriebsarten im Ottomotor mit Direkteinspritzung; links: Homogenbetrieb Dies führt in der darauf folgenden Kompression zu einer homogenen Gemischverteilung mit einem annähernd konstanten Luft-Kraftstoffverhältnis im gesamten Brennraum zum Zündzeitpunkt. Bei Volllast liegen bezüglich des Liefergrades bei Saugrohreinspritzung Drosselklappe voll geöffnet und bei Direkteinspritzung drosselfreier Betrieb nahezu identische Randbedingungen vor.

Dennoch weisen Ottomotoren mit Direkteinspritzung höhere Liefergrade auf. Diese sind auf den Wärmeentzug im Brennraum durch die weitgehend vollständige Verdampfung des Kraftstoffs während des Ansaugvorgangs zurückzuführen, wodurch es auch zu einer Verbesserung des Klopfverhaltens kommen kann [2]. Darüber hinaus entfällt bei direkter Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum die Dynamik des Kraftstoffwandfilms im Saugrohr. Daraus resultieren ein besseres Ansprechverhalten im Kaltstart und bei Lastwechseln ein besseres Betriebsverhalten sowie günstigere Schadstoffemissionen.

Im Schichtladebetrieb während der Teillast sollte ein Ottomotor mit Direkteinspritzung im Idealfall mit vollständig geöffneter Drosselklappe betrieben werden. Die Lastregelung erfolgt dann wie bei einem Dieselmotor allein über die eingespritzte Kraftstoffmenge Qualitätsregelung , die in der Aufwärtsbewegung des Kolbens, erst unmittelbar vor der Zündung, direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Dieser Vorgang wird Kompressionshubeinspritzung genannt, Bild 3.

Im Zentrum des Brennraums sollte im Idealfall eine zündfähige Gemischwolke vorliegen, die von der für die Verbrennung nicht benötigten Luft umgeben ist. Die Ladung liegt somit geschichtet im Brennraum vor und die Wärmeverluste der darauf folgenden Verbrennung an die Brennraumwand können durch die isolierende Luftschicht verringert werden. Dadurch manifestiert sich der einfache, aber nicht leicht umzusetzende Grundsatz der Direkteinspritzung bei Ottomotoren: Zum Zündzeitpunkt muss im Bereich der Zündkerze ein zündfähiges Gemisch bereitgestellt werden.

Betriebsstrategien im Kennfeld [3] Bei der Entwicklung der Benzin-Direkteinspritzung ist es unumgänglich, sich ausgiebig mit den theoretischen Grundlagen zu befassen. Viele Effekte können nur durch ein umfassendes Gesamtverständnis der Einzelvorgänge analysiert werden.

Besonders die Gemischbildung ist für die Umsetzung dieses Verbrennungsverfahrens in die Praxis von entscheidender Bedeutung. Dies gilt sowohl für den Betrieb mit homogenem Gemisch als auch für den Betrieb mit Schichtladung. Eine gute und in weiten Kennfeldbereichen reproduzierbare Gemischbildung ist Garant für einen sparsamen Motorbetrieb. Ebenso hängt ein gutes Laufverhalten über einem breiten Drehzahlband unmittelbar von einer stabilen Gemischbildung ab. Die Gemischbildung wird im Wesentlichen von den in Bild 3.

Die operativen Parameter lassen sich meist problemlos über eine moderne Motorsteuerung beeinflussen. Ebenso lassen sich im Zeitalter hoch entwickelter Kraftstoffe die Kraftstoffeigenschaften in modernen Raffinerien gezielt beeinflussen.

Die so veränderten Kraftstoffe können positive Einflüsse auf den Verbrennungsablauf und vor allem auf die brennraumseitige Verschmutzungsneigung haben [5]. Einflussparameter auf den Gemischbildungsprozess [4] Für die ottomotorische Verbrennung bei Direkteinspritzung ist es besonders wichtig, dass unabhängig von Motorlast und Motordrehzahl an der Zündkerze zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges Gemisch vorliegt.

Daher sind besondere Anforderungen an eine Reihe von Einflussparametern zu stellen. Insbesondere sind die Einlassströmung, die Brennraumform Zylinderkopf- und Kolbenform , das Verdichtungsverhältnis, die Einspritzdüsenund Zündkerzenlage sowie die Einspritzparameter Zeitpunkt, Dauer, Druck, Strahlgeometrie zu beachten.

Die Klärung der jeweils ablaufenden Vorgänge bei der BenzinDirekteinspritzung und die damit verbundene genaue Abstimmung von Einspritzung, Gemischbildung und Verbrennung erfordern daher einen enormen Untersuchungsaufwand. Aus heutiger Sicht ist man damit erst am Anfang der Entwicklung von serientauglichen schichtladefähigen Ottomotoren mit Direkteinspritzung.

Grundlage für eine unter allen Betriebsbedingungen ausreichend gute Gemischbildung ist die Zerstäubung und Verdampfung des Kraftstoffs.

Nach dem Austritt des Kraftstoffs aus dem Einspritzventil wird die Gemischbildungsphase durch folgende Faktoren charakterisiert [6]: Ein zusammenhängender Flüssigkeitsstrahl kann auf drei unterschiedliche Arten zerfallen: Diese sind im Allgemeinen von der Austrittsgeschwindigkeit abhängig. Bei geringeren Geschwindigkeiten überwiegen noch die Oberflächenkräfte der Flüssigkeit und es kommt zum Zertropfen I; auch Rayleigh-Zerfall genannt des Strahls.

Steigert sich die Austrittsgeschwindigkeit, erhöhen sich auch die auf den Strahl einwirkenden aerodynamischen Kräfte. Der Strahl beginnt unter dem Einfluss der aerodynamischen Kräfte zunächst zu zerwellen II; auch erster und zweiter durch die Strömung induzierter Zerfall genannt , um dann bei weiter steigender Austrittsgeschwindigkeit komplett zu zerstäuben III [8].

Beim Vorgang des Zerstäubens sind die resultierenden Tropfen sehr viel kleiner als bei den beiden anderen Zerfallsarten, so dass der relevante Bereich für die Gemischbildung im Ottomotor allein durch den Vorgang des Zerstäubens repräsentiert werden kann.

Bewegt sich ein Kraftstofftropfen in einem gasförmigen Medium, so wirken deshalb eine Vielzahl unterschiedlicher Kräfte und Mechanismen auf ihn. Dazu gehören beispielsweise die Trägheitskräfte, die Zähigkeitskräfte, die Schwerkraft und die Oberflächenkraft. Als Kennzahl für den Zerfall einer wenig zähen Flüssigkeit, wie z. Zerfallsarten eines Flüssigkeitsstrahls [7] Erfolgt der Zerfall von Kraftstofftropfen primär unter dem Einfluss der Luftströmung, so ist das Zerfallskriterium durch das Überschreiten eines kritischen Wertes für die WeberZahl gegeben.

Der Vorgang des Strahlzerfalls bei der Einspritzung und Zerstäubung von Kraftstoff kann in zwei Bereiche eingeteilt werden. Als Primärzerfall wird der Bereich beschrieben, in dem die noch zusammenhängende Flüssigphase erstmals in Tropfen zerfällt. Dieser Bereich befindet sich üblicherweise noch in der Düse [10, 11] bzw. In dem weiter von der Düse entfernt liegenden Bereich findet mit dem weiteren Tropfenzerfall der so genannte Sekundärzerfall statt.

In dieser Zone ist noch viel flüssiger Kraftstoff vorhanden. Darüber hinaus beginnt die Verdampfung durch die zugeführte Wärme aus der Umgebungsluft. Durch die entstehende Reibung an der Flüssigphase wird der Strahl zusätzlich verzögert. Bereiche des Strahlzerfalls nach [8] Da sich die Weberzahl mit dem Tropfendurchmesser ändert, können sich auch die Zerfallsmechanismen ändern. Dabei vereinigen sich zwei getrennte Tropfen zu einem gemeinsamen Tropfen. Bei technischen Anwendungen beschränkt man sich deswegen darauf, lediglich die Zerstäubungsgüte eines Sprays zu beschreiben.

Zerfallsmechanismen von Tropfen [14] 36 3 Gemischbildungs- und Verbrennungsverfahren Verdampfung und Vermischung Im Anschluss an die Prozesse des Strahlzerfalls und der Tropfenbildung folgt die Verdampfung und Vermischung des Kraftstoffs. Verdampfungsprozesse laufen ab, wenn die Kraftstofftemperatur über der Siedetemperatur liegt. Dabei findet der Übergang von der flüssigen in die gasförmige Phase in kurzer Zeit statt [9]. Der Verdampfungsprozess wird im Wesentlichen durch folgende Faktoren beeinflusst: Damit hängt der Verdampfungsprozess hauptsächlich von den thermodynamischen Randbedingungen Druck und Temperatur ab [13].

Dabei wird der Kraftstoff gleichzeitig mit Umgebungsluft vermischt. Erfolgt dieser Prozess im Innern des Brennraums, so kühlt sich die darin befindliche Luft ab und es kommt zu einer Füllungssteigerung der Zylinderladung. Bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung in der Betriebsart Saughubeinspritzung wird dieser Effekt zur Füllungserhöhung und damit zur Leistungssteigerung genutzt [15]. Eine diesem Prozess überlagerte Strömung im Motorbrennraum wirkt sich positiv auf den Stoffaustauschprozess aus und verbessert die Vermischung und Homogenisierung des Gemisches zusätzlich [16].

Kleine Tropfendurchmesser wirken sich dabei ebenso positiv auf die Verdampfung aus wie hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen Tropfen und Gas [9]. Dadurch kann eine Erhöhung des Einspritzdrucks bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung gleich in mehrfacher Hinsicht die Verdampfung positiv beeinflussen [4, 17].

Zum einen erhöht sich die Relativgeschwindigkeit zwischen Tropfen und Umgebung und zum anderen verstärkt sich die Entrainmentströmung des Einspritzstrahls, wodurch zusätzlich Luft in das Spray eingetragen wird siehe Abschnitt 3. Sehr viel theoretischere Betrachtungen hierzu und zu den bisher in diesem Kapitel erläuterten Zusammenhängen sind in den Arbeiten von Lefebvre [18], Troesch [19] und Weber [20] zu finden. Zusammenfassend gilt als Grundlage für eine gute Gemischbildung die optimierte Zerstäubung und Verdampfung des Kraftstoffs.

Vor allem die Ausbildung von Strömungswirbeln im Brennraum während der Einlassphase sowie deren weiteres Verhalten in der Kompressionsphase sind ausschlaggebend für die nachfolgende 3.

Dabei besitzen die Strömungswirbel einen signifikanten Einfluss auf den Wandwärmeübergang und den Massetransport sowie auf die Kraftstoffumsetzung und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verbrennung [4, 21, 22].

Darüber hinaus übernehmen gerichtete Strömungen bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung die Funktion der Gemischführung und des Gemischtransports. Grundsätzlich lassen sich für die Ausbildung der Strömungswirbel zwei unterschiedliche Entstehungsprozesse in Abhängigkeit der Kolbenbewegung unterscheiden, Bild 3.

Dabei werden Turbulenzen generiert, in deren Folge Rezirkulationsgebiete mit kleinskaligen Wirbelstrukturen in der Umgebung der Einlassventilströmung entstehen. Nach [22] dient eine einlassseitig erzeugte Ladungsbewegung vor allem der Verbesserung der Zündbedingungen. Dadurch verringert sich der Durchmesser der Wirbel und ihre Rotationsgeschwindigkeit nimmt zu.

Die Turbulenz wird dadurch intensiver und feinkörniger [21]. Nach [22] beeinflusst eine Turbulenzerhöhung in der Kompressionsphase im Wesentlichen den Ablauf der Verbrennung und dabei vor allem die Geschwindigkeit der Verbrennung und den Durchbrand [27]. Dadurch werden während des Einspritzvorgangs im Randbereich des Einspritzkegels Strömungseinflüsse auf das umgebende Gas induziert [28, 29]. Diese so genannte Entrainmentströmung unterstützt den Gemischbildungsvorgang in der Phase II zusätzlich.

Dieser ist bedingt durch die Geschwindigkeitsverteilung der Tröpfchen und die Abkühlung der Umgebung durch das Spray, da Verdampfungsenthalpie aus der Umgebung des Sprays entzogen wird [28, 30]. Aufgrund der geringen zur Verfügung stehenden Gemischbildungszeit bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung trägt die Entrainmentströmung entscheidend zum Gemischbildungsprozess bei und ist für dieses Brennverfahren besonders wichtig [30].

Mit der Luft kann auch ein bereits während der Einspritzung vorhandener Zündfunke in das Spray gesaugt werden, z. Je nachdem in welche Richtung sich der Kolben zum Einspritzzeitpunkt bewegt, wird die durch den Einspritzstrahl induzierte Luftbewegung der jeweiligen Zylinderinnenströmung aus den Phasen I und II überlagert. Der Entdrosselungsgrad und die Motordrehzahl beeinflussen die Ladungsgeschwindigkeit entscheidend.

Besonders die Trägheit der Strömung während der Einlassphase lässt sich bei Verbrennungsmotoren vielfältig nutzen. Eine verlängerte Öffnungszeit der Einlassventile bei hohen Drehzahlen führt beispielsweise zu einer Füllungssteigerung im Zylinder. Darüber hinaus lässt sich mit dem Zeitfenster der Ventilüberschneidung die interne Abgasrückführmenge beeinflussen [31].

Dabei ist es bei entsprechender Drosselklappenstellung möglich, Restgas aus dem Zylinder zurück in den Einlasskanal zu saugen. Die gerichtete Strömung ist vergleichsweise stabil und hauptsächlich durch ihren Impuls gekennzeichnet. Diese gerichteten Strömungen werden während der Kompression gequetscht und durch die Brennraumwände umgeleitet. Detaillierte mathematische Betrachtungen der Strömungsmechanik im Verbrennungsmotor finden sich beispielsweise in den Veröffentlichungen von Heywood [24], Sullivan [33] und Raposo [34].

Einlassseitig generierte Ladungsbewegungen lassen sich grundsätzlich in zwei Kategorien unterteilen, Bild 3.

In beiden Fällen handelt es sich bei der Strömungsrichtung um Drehbewegungen um eine Achse. Dabei befindet sich die Drehachse bei der Drallströmung in der Zylinderachse. Im Falle der Tumbleströmung befindet sich die Drehachse senkrecht zur Zylinderachse. Unterschiedliche durch Einlasskanal erzeugte Ladungsbewegungen [23] Drallströmung Drallströmungen wurden bisher vorrangig bei Dieselmotoren angewandt.

Seit der Einführung der Direkteinspritzung mit Schichtladung wird die Erzeugung von Drallströmungen auch beim Ottomotor zunehmend angewandt [16, 35]. Zur Minimierung der Reibungsverluste durch die Strömung wird diese Art der Ladungsbewegung meist durch eine geometrische Veränderung des Einlasskanals realisiert.

Dabei wird eine asymmetrische Einlasskonfiguration appliziert. Diese wird meist so realisiert, dass ein Einlasskanal als rei- 40 3 Gemischbildungs- und Verbrennungsverfahren ner Füllungskanal ausgearbeitet wird. Der Füllungskanal kann mit einer Klappe betriebspunktabhängig verschlossen werden. Der andere Einlasskanal ist als Drall erzeugender Tangentialkanal ausgeführt, Bild 3. Dadurch strömt die Luft asymmetrisch in den Brennraum ein und erzeugt so diese um die Zylinderhochachse drehende Strömungsform.

Nur bei höheren Drehzahlen und in der Volllast wird zur Füllungserhöhung der Füllungskanal freigegeben, um den maximalen Liefergrad zu ermöglichen [16]. Drallkanal für einen Ottomotor mit Direkteinspritzung [16] Die Drallströmung kann darüber hinaus noch durch einen entsprechend geformten Kolben Muldenkolben unterstützt werden, Bild 3.

Die Kennzahl, die die Intensität der Drallströmung beschreibt, kann durch Messungen am stationären Durchflussprüfstand bestimmt werden und wird als Drallzahl bezeichnet. Sie wird definiert durch das Verhältnis aus Drehimpuls- zu Axialimpulsstrom [36]. Drallströmungen bleiben auch in der Kompressionsphase weitestgehend erhalten [4, 36].

Kolben zur Drallunterstützung links und zur Tumbleunterstützung rechts [16] 3. Tumbleströmung Strömt der Hauptanteil der vom Motor angesaugten Luft über die obere Hälfte der Ventilteller in den Brennraum ein, entsteht eine um eine waagerechte Achse drehende Walzenströmung die Tumbleströmung.

Zu diesem Zweck wird entweder der Ansaugkanal stärker gekrümmt als so genannter Tumblekanal ausgeführt oder der untere Teil des Ansaugkanals wird mit einer Klappe verschlossen und die Luftströmung im oberen Teil bis unmittelbar an das Ventil heran geführt. Durch die dadurch verursachte Querschnittsverengung wird die Strömung in dem verengten Bereich stark beschleunigt und legt sich im oberen Bereich des Einlasskanals an die Wand an.

Dadurch entsteht im Brennraum diese senkrecht zur Zylinderhochachse drehende Strömungsform. Das Prinzip der Tumbleerzeugung wird in Bild 3. Diese Walzenströmung wird durch die Tumblezahl charakterisiert.

Da an einem stationären Strömungsprüfstand der sich nach unten bewegende Kolben fehlt, lassen sich Tumblezahlen, die stationär bestimmt werden, nur schwer mit motorischen Ergebnissen korrelieren. Analog zur Drallströmung findet auch die Tumbleströmung breite Anwendung bei der Entwicklung von Ottomotoren mit Direkteinspritzung [3, 37, 38].

Tumbleströmungen sind stark von der Kolbenbewegung abhängig und können im oberen Totpunkt nahezu vollständig in Turbulenz zerfallen. Schon der erste in einem Volumenmodell eingeführte Ottomotor mit Direkteinspritzung, der Mitsubishi GDI Gasoline Direct Injection , war mit einem tumblegestützten Brennverfahren ausgestattet [39]. Die Umlenkung erfolgt dann, wie bei einem konventionellen Tumble auch, an der Kolbenoberfläche [39].

Prinzip der Tumbleerzeugung [23] 42 3 Gemischbildungs- und Verbrennungsverfahren Fazit Zusammenfassend gilt für die Anwendung in der Praxis, dass zusätzliche Luftbewegungen im Brennraum zur Erhöhung der Relativgeschwindigkeit zum Einspritzstrahl Drall-, Tumble- oder Quetschströmung die Güte der Zerstäubung verbessert und die Verdampfungsgeschwindigkeit erheblich verkürzt wird.

Dies ist besonders wichtig, um mit Ladungsschichtung eine schnelle Gemischaufbereitung zu realisieren. Neben der Luftströmung und der Ausströmgeschwindigkeit des Kraftstoffs aus der Einspritzdüse beeinflusst auch die Temperatur der Luft im Brennraum während des Einspritzvorgangs die Tropfenlebensdauer und damit die Zeit zur Gemischbildung. Für eine schnelle Gemischbildung sind daher möglichst kleine Tropfendurchmesser notwendig, was einerseits durch hohen Einspritzdruck und kleine Düsenöffnungsquerschnitte, andererseits durch erhöhte Luftbewegung und hohe Lufttemperatur unterstützt wird.

Die den jeweiligen Betriebsbedingungen entsprechende Abstimmung dieser Randbedingungen für die Einspritzung sowie die erforderliche schnelle und ausreichend gute Gemischbildung führt dann nach der Zündung auch zu einer besseren Verbrennung mit weniger Emissionen und günstigerem Kraftstoffverbrauch.

Der eingespritzte Kraftstoff wurde somit der angesaugten Luftmenge so angepasst, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis O in allen Lastbereichen nahezu gleich ist. Dabei wird der Kraftstoff bereits sehr früh, Bild 3. Somit ist es möglich, auch bei hohen Drehzahlen ausreichend Zeit für die Gemischbildung und Gemischhomogenisierung zu nutzen. Dieses hat den Vorteil, dass die Gemischbildung erheblich einfacher zu realisieren ist als mit einer Schichtladung im Teillastbetrieb, die wegen der rein mechanischen Einspritzsysteme für die Serienanwendung mit dem damit verbundenen dynamischen Motorbetrieb bis vor wenigen Jahren nicht möglich war.

VW] Trotz der Weiterentwicklung der Einspritztechnik für die Benzin-Direkteinspritzung in den letzten Jahren und der konsequenten Einführung der Elektronik gelingt es heute immer noch nicht, einen sicheren Schichtladungsbetrieb im Teillastbetrieb darzustellen.

Aus diesem Grunde wird aktuell intensiv an der Entwicklung der Benzin-Direkteinspritzung mit homogener Gemischbildung gearbeitet.