BMW Spark Ingition Efficiency Technology

BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau

Dr. Aschraf AbdelfattahBMW Group, Mnchen 9. November 2005

Entwicklung innovativer Brennverfahren bei Ottomotoren.Trends in der Motorentechnologie.


- Motivation und Herausforderung

- Stand der Technik

- BMW DI Brennverfahren

- Entwicklungsmethodik

- Ergebnisse

Entwicklung Innovativer Brennverfahren bei Ottomotoren.Trends in der Motorentechnologie.


Motivation und Herausforderung.Entwicklungsziele.

VerbrauchGewicht

Leistung


v360 180540

360 540

IO EC ICEO

Lift

expansion

compressionIO EO

EC IC

IO

EC IC

EO

.Pe = e * G * VG * Hu / (LSt * + 1) Pe = e * G * VG * Hu / (LSt * + 1)

..

Stand der Technik bei BMW.VALVETRONIC.


Stand der Technik bei BMW.VALVETRONIC und Einfluss auf die Ladungsbewegung.

Velocity in the valve gap

300

0

100

200

360 630450 540KW

m/ s

VALVETRONIC

conventional

Velocity in the valve gap

300

0

100

200

360 630450 540KW

m/ s

VALVETRONIC

conventional

Horseshoe vortex on the piston crown due to sonic intake flow by VALVETRONIC


W

i

r

k

u

n

g

s

g

r

a

d

v

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Verdichtungsverhltnis

0,70

0,65

0,60

0,55

0,50

0,45

0,40

0,35

0,30

0,25

0,20

2042

1

0,9

0,8

0,6

8Thermodynamische Effizienz.Vollkommener Wirkungsgrad =1.


W

i

r

k

u

n

g

s

g

r

a

d

v

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Verdichtungsverhltnis

0,70

0,65

0,60

0,55

0,50

0,45

0,40

0,35

0,30

0,25

0,20

2042

1

0,9

0,8

0,6

8Thermodynamische Effizienz.Vollkommener Wirkungsgrad =1 vs. >>1.


W

i

r

k

u

n

g

s

g

r

a

d

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

[n = 2000 min-1; we = 0,2 kJ/dm3]

4V konv. Doppel-VANOS

VALVETRONIC akt. DI(wand-/luftgef.)

unvollk. VerbrennungVerbrennungsverlusteWandwrmeverluste

Prozessverl. inkl. LW (UT-UT)ReibungEffektiver Wirkungsgrad

Thermodynamische Effizienz.Verlustteilung: Vergleich Motorkonzepte.


BMW DI Brennverfahren.Strahlgefhrtes Brennverfahren.


BMW DI Brennverfahren.Entwicklungsmethodik.

CFD Spraykammer 1-Zylinder

Konzeption & Detailanalyse

Vollmotor Fahrzeug

Validierung & Kundenrelevante Applikation


BMW DI Brennverfahren.Beispiele aus der Entwicklung.

Spraykammer: CFD Simulation



positionof recirculation

12 bar, 360C

p

e

n

e

t

r

a

t

i

o

n

1 bar, 20C

Spraykammer: CFD Simulation vs. Experiment

CFD - Simulation



Optischer Motor (LIF-Aufnahme) Auswertung

Einspritzende [KW v. OT]

Z

n

d

w

i

n

k

e

l

[

K

W

v

.

O

T

]

Stabilittsbereich


BMW DI Brennverfahren.Schichtbereich.

s

p

e

z

.

e

f

f

.

A

r

b

e

i

t

w

e

[

k

J

/

d

m

]

1000 3000 5000 7000 Drehzahl [min-1]

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

>> 1

> 1


BMW DI Brennverfahren.Entwicklungsmethodik Simuliertes Motorkennfeld.

Temperatur, Emissionen,Turbulenz, Verbrennung,Einspritz- und Zndungs-strategie, ....


W

i

r

k

u

n

g

s

g

r

a

d

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

[n = 2000 min-1; we = 0,2 kJ/dm3]

4V konv. Doppel-VANOS

VALVETRONIC akt. DI(wand-/luftgef.)

BMW Brennver.(strahlgefhrt)

unvollk. VerbrennungVerbrennungsverlusteWandwrmeverluste

Prozessverl. inkl. LW (UT-UT)ReibungEffektiver Wirkungsgrad

BMW DI Brennverfahren.Verlustteilung: Vergleich Motorkonzepte.


BMW DI Brennverfahren.Verbrauchsstreuband*: Schallmauer durchbrochen.

b

e

[

g

/

k

W

h

]

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Hubvolumen [cm3]

500

460

420

380

340

300

260

Serienzustand (z.T. >1; AGR; Zylinderabschaltung); 77 Motoren; 07/2004, *Quelle: FEV

Effektiver spezifischer Kraftstoffverbrauch; n = 2000 min-1; we = 0,2 kJ/dm3

295 g/kWh (BMW strahl-gefhrtes Brennverfahren)

340 g/kWh (VALVETRONIC)ZAS


G

e

s

c

h

w

i

n

d

i

g

k

e

i

t

[

k

m

/

h

]

0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200

140

120

100

80

60

40

20

0

untere Kat Grenztemperaturen einhaltenWarmlauf = 1 Katheizen

Zeit [s]

BMW DI Brennverfahren.NOx-Regeneration im MVEG-Zyklus.

NOx-Speicherkat-Regenerationen


V

e

r

b

r

a

u

c

h

s

a

b

s

e

n

k

u

n

g

[

%

]

Basis: 4V konventionell

30

25

20

15

10

5

0 ve

r

k

r

z

t

e

r

W

a

r

m

l

a

u

f

r

e

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R

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n

g

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i

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i

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(

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e

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r

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i

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,

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s

.

K

a

t

h

e

i

z

e

n

,

D

i

a

g

n

o

s

e

n

(

=

1

)

v

e

r

k

r

z

t

e

b

e

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s

e

t

z

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n

g

(

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P

m

a

x

)

V

o

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t

e

i

l

i

m

M

V

E

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h

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(

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V

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c

h

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m

p

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)

BMW DI Brennverfahren.Verbrauchspotenzial im Fahrzeug.


BMW DI Brennverfahren.Effiziente Dynamik.

VerbrauchGewicht

Leistung

Sparsam!-20%

Leistungspotenzial>65 kW/l

Moderate Gewichts-mehrung durch DI-Komponenten


Entwicklung innovativer Brennverfahren bei Ottmotoren.Vielen Dank fr Ihre Aufmerksamkeit.

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