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By Samir Kadunic

Samir Kadunic stellt ein wirkungsvolles Modell zur Brennverlaufsvoraussage im Ottomotor vor und veranschaulicht die Vorteile, die sich durch das Einbinden der PKW-Klimaanlage in die Ladeluftkühlung ergeben. Eine kontrollierbare niedrige Ladelufttemperatur erlaubt danach eine von der Außenlufttemperatur unabhängige Auslegung der ottomotorischen Verbrennung. Diese niedrige Ladelufttemperatur hat ein erhebliches Potenzial, den Wirkungsgrad und die Leistungsdichte des aufgeladenen Ottomotors noch weiter zu steigern. Dafür ist es notwendig, die erreichbare Ladelufttemperatur möglichst weitgehend von den Umgebungsbedingungen zu entkoppeln. Die PKW-Klimaanlage steht für die Ladeluftkühlung als bisher ungenutztes Kältereservoir zu Verfügung. Mit Messungen auch am Motorprüfstand konnte der Autor zeigen, dass trotz eingeschalteter Klimaanlage der Kraftstoffverbrauch verringert und die Leistung gesteigert werden kann.

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Der dem Einspritzsystem des Motors zugeführte Kraftstoff wird prüfstandsseitig vorkonditioniert. Durch einen Wärmeübertrager und einen Druckregler nach der Kraftstoff-Vorförderpumpe werden die Kraftstofftemperatur auf 25°C und der Kraftstoffdruck auf 5bar konstant gehalten. Um Quereinflüsse auf die Verbrennung infolge unterschiedlicher Wärmeübergangsbedingungen durch schwankende Motorkühlmitteltemperatur zu minieren, wird diese Temperatur auf konstant 90°C eingeregelt. Als Führungsgröße dient dabei die Kühlmitteltemperatur am Motoraustritt.

1 Ottomotorische Gemischbildung und Verbrennung 9 Brennverzug wird bei leicht unterstöchiometrischem Gemisch (λ<1), geringem Restgasanteil, guter Homogenisierung und höherer Last erreicht [95]. Abb. 3: Zünd- und Selbstzündgrenzen von Kraftstoffen bei Umgebungsdruck [53] Laminare und turbulente Flammengeschwindigkeit Die exakte Berechnung der Verbrennungsgeschwindigkeit ist aufgrund der nicht genau definierbaren chemischen Zusammensetzung von Benzin, der komplexen chemischen Reaktionsmechanismen und der instationären Strömungsvorgänge nicht möglich [82].

Abb. 3 Betriebsgrenzen des aufgeladenen Ottomotors Der Trend zur Erhöhung der spezifischen Leistung durch sogenanntes Downsizing wird noch auf absehbare Zeit in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren anhalten, Abb. 12. Abb. 3 Betriebsgrenzen des aufgeladenen Ottomotors 21 Die Erhöhung der spezifischen Motorleistung bedeutet dabei auch eine Zunahme der Wärmestromdichte (Wärmeströme bezogen auf den Hubraum) durch den Verbrennungsmotor. Daher ist eine Anhebung der spezifischen Motorleistung stets mit einer Steigerung der thermischen Motorbelastung verbunden, wodurch Motorbetriebsgrenzen erreicht werden.

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