Untersuchung des Ladungswechsels eines 4-Zylinder Dieselmotors mit variablem Ventiltrieb

Diese Untersuchung hat das Ziel, das Potenzial eines variablen Ventiltriebs hinsichtlich der Verbesserung des Ladungswechsels, der Abgasrohemissionen und des Kraftstoffverbrauchs an einem 4-Zylinder-Pkw-Dieselmotor darzustellen. Die Ventilsteuerzeit „Einlass schließt“ ist dabei von zentraler Bedeutung. Zum einen wird durch ein spätes Einlassschliessen die Zylinderfüllung beeinflusst und somit der Gesamtladungswechsel des Motors verändert. Aspekte der Untersuchung sind dabei, die Möglichkeit der gezielten Ladungssteuerung mit Hilfe eines variablen Ventiltriebs und die Beeinflussung des Ladungswechsels unter den Randbedingungen zweier unterschiedlicher Systeme zur Abgasrückführung. Zum anderen wird durch einen späten Einlassschluss auch das effektive Verdichtungsverhältnis abgesenkt. Daraus ergibt sich die Fragestellung zu den Unterschieden und Gemeinsamkeiten einer geometrischen Absenkung des Verdichtungsverhältnisses im Vergleich zur effektiven Absenkung mit Hilfe eines späten Einlassschlusses.

Zur Durchführung der Untersuchungen in der Entwicklung der Volkswagen AG wurden zwei Versuchsträger, die mit unterschiedlichen Konzepten zur Abgasrückführung ausgerüstet waren, durch einen variablen Ventiltrieb mit einem hydraulischen Phasensteller modifiziert. Dabei war der variable Ventiltrieb so konzipiert, das der Einlassschluss in Richtung spät verstellt werden kann, ohne dabei die Zeitpunkt des Öffnens des Einlassventils zu verändern. Die Untersuchung der vielschichtigen Abhängigkeiten dieses variablen Ventiltriebs an einem 4-Zylinder-Pkw-Dieselmotor mit Abgasturboaufladung mit verstellbarer Turbinengeometrie machte die Erarbeitung einer Versuchsstrategie notwendig, mit deren Hilfe die verschiedenen Einflüsse ermittelt und eine Einsatzstrategie für ein solches Motorkonzept abgeleitet werden kann.

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass mit Hilfe eines späten Einlassschlusses sowohl unter den Bedingungen von Hochdruck- als auch von Niederdruck-AGR der indizierte Mitteldruck der Ladungswechselschleife abgesenkt werden kann. Im Vergleich der geometrischen und der effektiven Verdichtungsabsenkung zeigen sich die systematischen Unterschiede beider Verfahren deutlich. Ein Vorteil für die effektive Verdichtungsabsenkung ergibt sich durch die Variabilität, unter der Verwendung einer möglichst hohen geometrischen Verdichtung. Zur Untersuchung der Einsatzstrategie mit dem größten Potenzial hinsichtlich des Einlassschlusses wurden DoE-Modelle verwendet. Dabei zeigte sich, dass Betriebsstrategien mit spätem Einlassschluss ohne den Ausgleich der Zylinderfüllung mit Hilfe der Aufladung das größte Potential hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen bieten. Darüber hinaus wurde deutlich, dass der Einsatz eines variablen Ventiltriebs beim modernen Pkw-Dieselmotor nicht losgelöst von der Aufladung und der Abgasrückführung betrachtet werden darf.