Dr. Robert Fairbrother, Entwicklung Simulation GCA, UK ... · 2 Optimierung transienter Vorgänge...

1

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

2


Inhalt: ● Stand der Technik● und der Motor● GCA● Prüfstand und Versuchsprogramm● Stationärbetrieb● Transientbetrieb● Wie geht es weiter?

4

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

5



6

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

7

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

8



9

Auslaß Druckverlauf

Einlaß druckverlauf

Zylinder Druckverlauf

Verbrennungsanalyse

AVL GCA : ARBEITSPRINZIP UND MOTIVATION

10

VERBRENNUNGSANALYSE

ddmh

ddQ

ddQ

ddVp

dumd BB

BBWB

cZ

)(

*) dQB: Wärmefreisetzung durch Verbrennung nach Kraftstoffeintrag (Brennverlauf)

*)

11

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

12

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



13



14

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

15

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

16



17

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

19

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

22



23

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

25

pmi

● Wie geht es weiter?

Momentverlauf: IST

26

pmi

Momentverlauf:

● Wie geht es weiter?

SOLL

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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

28

MCE-5 VCRi-Motor

Dr. Robert Fairbrother, Entwicklung Simulation GCA, UK ... · 2 Optimierung transienter Vorgänge...

Documents

Transcript of Dr. Robert Fairbrother, Entwicklung Simulation GCA, UK ... · 2 Optimierung transienter Vorgänge...