BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau

Dr. Aschraf AbdelfattahBMW Group, Mnchen 9. November 2005

Entwicklung innovativer Brennverfahren bei Ottomotoren.Trends in der Motorentechnologie.

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- Motivation und Herausforderung

- Stand der Technik

- BMW DI Brennverfahren

- Entwicklungsmethodik

- Ergebnisse

Entwicklung Innovativer Brennverfahren bei Ottomotoren.Trends in der Motorentechnologie.

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Motivation und Herausforderung.Entwicklungsziele.

VerbrauchGewicht

Leistung

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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.

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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

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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.

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W

i

r

k

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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.

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W

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k

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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.

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BMW DI Brennverfahren.Strahlgefhrtes Brennverfahren.

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BMW DI Brennverfahren.Entwicklungsmethodik.

CFD Spraykammer 1-Zylinder

Konzeption & Detailanalyse

Vollmotor Fahrzeug

Validierung & Kundenrelevante Applikation

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BMW DI Brennverfahren.Beispiele aus der Entwicklung.

Spraykammer: CFD Simulation

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BMW DI Brennverfahren.Beispiele aus der Entwicklung.

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

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BMW DI Brennverfahren.Beispiele aus der Entwicklung.

Optischer Motor (LIF-Aufnahme) Auswertung

Einspritzende [KW v. OT]

Z

n

d

w

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k

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l

[

K

W

v

.

O

T

]

Stabilittsbereich

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BMW DI Brennverfahren.Schichtbereich.

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.

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f

f

.

A

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b

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[

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

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BMW DI Brennverfahren.Entwicklungsmethodik Simuliertes Motorkennfeld.

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

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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.

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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

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G

e

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h

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n

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g

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[

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

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V

e

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r

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a

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n

k

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n

g

[

%

]

Basis: 4V konventionell

30

25

20

15

10

5

0 ve

r

k

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W

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BMW DI Brennverfahren.Verbrauchspotenzial im Fahrzeug.

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BMW DI Brennverfahren.Effiziente Dynamik.

VerbrauchGewicht

Leistung

Sparsam!-20%

Leistungspotenzial>65 kW/l

Moderate Gewichts-mehrung durch DI-Komponenten

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