Methode, einen normalen Ottomotor ohne Drosselverluste zu regeln
Hallo,
hier mal spontan eine Idee, die Leistung des Fahrzeugmotors in einem gewissen Bereich nur noch zu regeln, indem man ihn auf der Volllastkurve hin- und her schiebt. Sprich, Leistungsreduzierung durch Hochschalten, Drosselklappe immer ganz offen.
Das erfordert ein feinstufiges Getriebe mit extremen Übersetzungsbereich, also automatisiertes 12-Gang oder CVT.
Sinnvollerweise E-Gas, der Pedalweg wird als Geschwindigkeitswunsch interpretiert und die Motorsteuerung wählt gemäß Fahrwiderstand den richtigen Gang, wo sich Leistung und Fahrwiderstand genau die Waage halten.
Würde bei Tempo 80 1600U/min, bei Tempo 100 2000U/min und bei 120 2500U/min machen, stark abhängig von Fahrwiderständen, Luftdruck und Temperatur. Bei Beschleunigung geht die Drehzahl natürlich kurzzeitig hoch.
Noch eine optionales Fahrprogramm: Motorsteuerung hält den Motor ständig im Punkt des höchsten Wirkungsgrades (konstante Drehzahl und konstante Last), die resultierende Geschwindigkeit schwankt ständig etwas gemäß der Fahrwiderstände und des veränderlichen Luftdrucks/Temperatur.
Gab es derartige Überlegungen schon?
27 Antworten
Zitat:
Original geschrieben von vanilla299
Auch heutige Otto-Turbo-Motoren die Frischluft durchspülen benötigen def. keine aufwändige Abgasnachbehandlung. Diese wird erst benötigt wenn bei Luftüberschuss verbrannt wird (Magerbetrieb).
Was verstehst Du unter "Frischluft durchspülen".
- Bei der Frischlufteinblasung wird beim Kaltstart Luft in den Auspufftrakt geblasen um den Kat schneller aufzuheizen (bessere Verbrennung von Abgasen durch mehr Sauerstoff).
In dieser kurzen Phase ist der Kat noch nicht wirksam, der Lambdawert spielt also noch keine Rolle.
- Durch die Ventilüberschneidung (innere Abgasrückführung) wird keine Frischluft in den Auspuff gedrückt sonden durch den höheren Druck der Abgase gelangen diese in den Ansaugtrakt und werden anschließend mit angesaugt. Die Lambdaregelung reagiert auf diese Sauerstoffverminderung durch entsprechend geringere Einspritzung.
- Im Schubbetrieb (keine Einspitzung) entstehen natürlich auch keine Abgase.
Echten Magerbetrieb gibt es nur bei Direkteinspritzung mit Schichtladebetrieb (BMW), da ist dann allerdings ein zusätzlicher NOx-Speicherkat nötig.
Zitat:
Original geschrieben von Noris123
Was verstehst Du unter "Frischluft durchspülen".Zitat:
Original geschrieben von vanilla299
Auch heutige Otto-Turbo-Motoren die Frischluft durchspülen benötigen def. keine aufwändige Abgasnachbehandlung. Diese wird erst benötigt wenn bei Luftüberschuss verbrannt wird (Magerbetrieb).
- Bei der Frischlufteinblasung wird beim Kaltstart Luft in den Auspufftrakt geblasen um den Kat schneller aufzuheizen (bessere Verbrennung von Abgasen durch mehr Sauerstoff).
In dieser kurzen Phase ist der Kat noch nicht wirksam, der Lambdawert spielt also noch keine Rolle.- Durch die Ventilüberschneidung (innere Abgasrückführung) wird keine Frischluft in den Auspuff gedrückt sonden durch den höheren Druck der Abgase gelangen diese in den Ansaugtrakt und werden anschließend mit angesaugt. Die Lambdaregelung reagiert auf diese Sauerstoffverminderung durch entsprechend geringere Einspritzung.
- Im Schubbetrieb (keine Einspitzung) entstehen natürlich auch keine Abgase.
Echten Magerbetrieb gibt es nur bei Direkteinspritzung mit Schichtladebetrieb (BMW), da ist dann allerdings ein zusätzlicher NOx-Speicherkat nötig.
Was vanilla299 beschreibt läuft unter dem Begriff Scavenging.
Wie den meisten bekannt sein dürfte liegt das Leistungsmaximum eines Benzinmotors bei Lambda~0,9. In diesem Betriebsbereich kann ein Kat nicht richtig funktionieren, die Nachoxidation von CO und HCs kann aufgrund des Sauerstoffmangels nicht stattfinden. Deswegen wird bei aufgeladenen Benzindirekteinspritzern die Ventilüberschneidung so eingestellt (variabler Ventiltrieb), das am Überschneidungs-OT Frischluft durch den Zylinder in den Abgastrakt geblasen wird und somit dem Kat zusätzlicher Sauerstoff zur Nachoxidation zur verfügung gestellt. Folge: hohe Leistung und saubere Abgase.
Durch Scavenging kann man aber auch andere Effekte geltend machen. Durch das Durchblasen von Luft durch den Motor kann bei turboaufgeladenen Motoren der Betriebspunkt des ATL und damit auch das Ansprechverhalten optimiert werden.
Gruß
Hohe Leistung und saubere Abgase?
Ehrlich gesagt kann ich mir kaum vorstellen, dass das so funktionieren soll. Ein Turbomotor hat bei hoher Leistungsabgabe einen deutlich höheren Abgasgegendruck als Ladedruck. Wenn Ein- und Auslass offen sind, dann kommt es zu einer Abgasrückführung, aber kein Ausblasen in Richtung Abgasseite.
Wenn man nun tatsächlich Frischluft durchbläst - wie auch immer - so heizt das den Kat und Turbo immens an, was aus thermischer Sicht bedenklich ist.
Meines Erachtens kann man das Ansprechverhalten durch Im-Kreis-Pumpen nur verschlechtern. Es kommt ja für die gepumpte Luft keine Energie dazu, aber die Verdichter & Turbinenwirkungsgrade schmälern die Gesamtleistung.
Zitat:
Original geschrieben von Symtomatics
Hohe Leistung und saubere Abgase?
Ehrlich gesagt kann ich mir kaum vorstellen, dass das so funktionieren soll. Ein Turbomotor hat bei hoher Leistungsabgabe einen deutlich höheren Abgasgegendruck als Ladedruck. Wenn Ein- und Auslass offen sind, dann kommt es zu einer Abgasrückführung, aber kein Ausblasen in Richtung Abgasseite.
Wenn man nun tatsächlich Frischluft durchbläst - wie auch immer - so heizt das den Kat und Turbo immens an, was aus thermischer Sicht bedenklich ist.Meines Erachtens kann man das Ansprechverhalten durch Im-Kreis-Pumpen nur verschlechtern. Es kommt ja für die gepumpte Luft keine Energie dazu, aber die Verdichter & Turbinenwirkungsgrade schmälern die Gesamtleistung.
BMW, Fiat und Daimler (und sicherlich auch noch ein paar andere) machen es aber, es scheint zu funktionieren. Bei Großdieselmotoren sind solche Kniffe wie Umblasen und diverse Bypässe übrigens schon ewig Gang und Gebe. Alles eine Frage von wo nach wohin man sich im Kennfeld von Turbine und Verdichter bewegt.
Gruß
Achso, hier noch etwas für dein Vorstellungsvermögen
Klick!
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Thermodynamisch: ja
Technisch: ja
.........
.....
Haltbarkeit: nein
Ich wollte einen solchen Motor nicht. Derart an die Grenzen zu gehen ist bei einem Rennmotor sinnvoll, aber für die Serie ? Ne, da ist mir der 1.5 fache Hubraum und eine ungleich höhere Haltbarkeit viel lieber. Was nützt es mir, einen Liter Sprit zu 1.5 Euro einzusparen (macht bei meiner Fahrleistung vieleicht eine Einsparung von 200 Euro aus), wenn ich dafür nach ein paar Jahren einen Ersatzmotor samt Einbau bezahlen muß ?
.......nicht mein Ding.
SRAM
Zitat:
Dann ist deine Übersetzung doch schon fast ideal. Bei Halbgas sind die Drosselverluste gering und man hat noch etwas Reserve für minimale Steigungen oder Gegenwind ohne gleich Schalten zu müssen oder in den ineffektiven Bereich der Vollastanfettung zu kommen.
Vielleicht hast du da recht. Aber 4000U/min bei 140km/h erscheinen mir halt als keine "gemütliche" Dauerdrehzahl mehr. Natürlich ist es um Welten besser als ein 45PS-Polo mit Viergang.
Aus Komfortgründen wären bei einem 1,2er Saugmotörchen mehr Gänge nur noch mit CVT oder automatisiertem 7-Gang etc. sinnvoll, und dann wirds gleich wieder viel teurer. Denn im oberen Geschwindigkeitsbereich gäbe es oft Schaltvorgänge bei geringster Änderung der Fahrwiderstände.
Apropos Volllastanfettung: Ein weiterer Vorschlag von mir wäre, mit einer Art Öko-Taste die Volllastanfettung abschalten zu können, dann aber die Abgastemperatur zu überwachen und die maximale Last vom Motormanagement regeln zu lassen, zum Schutz der Auslaßventile.
Das Problem bei heutigen Kleinmotörchen ist nämlich, daß der Fahrer nicht merkt, wann er in die verschwenderische Volllastanfettung geht. Es ist stark abhängig von den Fahrwiderständen und ganz schwer einzuschätzen.
Zitat:
Original geschrieben von Symtomatics
Hohe Leistung und saubere Abgase?
Ehrlich gesagt kann ich mir kaum vorstellen, dass das so funktionieren soll. Ein Turbomotor hat bei hoher Leistungsabgabe einen deutlich höheren Abgasgegendruck als Ladedruck. Wenn Ein- und Auslass offen sind, dann kommt es zu einer Abgasrückführung, aber kein Ausblasen in Richtung Abgasseite.
Wenn man nun tatsächlich Frischluft durchbläst - wie auch immer - so heizt das den Kat und Turbo immens an, was aus thermischer Sicht bedenklich ist.Meines Erachtens kann man das Ansprechverhalten durch Im-Kreis-Pumpen nur verschlechtern. Es kommt ja für die gepumpte Luft keine Energie dazu, aber die Verdichter & Turbinenwirkungsgrade schmälern die Gesamtleistung.
Scavenging wird m.W. nicht praktiziert um Abgase besser reinigen zu können (Anhebung Lambda). Der Kat oder gar die Turbine würde recht schnell Schaden nehmen wenn man über längere Zeit versucht Frischluft in den Abgastrakt zu schieben in dem sich noch größere Mengen unverbranntes HC befinden.
Du liegst falsch mit Deiner Annahme dass bei einem Turbomotor der Abgasgegendruck an der Volllast immer größer als der Ladedruck ist. Es gibt durchaus Bereiche wo ein positives Spülgefälle anliegt. Genau dort kann man dann Frischluft durchspülen. Dadurch wird dann zum einen sämtliches Restgas aus dem Zylinder gespült (Klopfgrenze) weiterhin erhöht sich dadurch der Abgasmassenstrom und somit auch die Turbinenleistung.
Scavenging an einem 4-Zylindermotor lässt sich natürlich besser darstellen wenn man jeweils 2 Zylinder getrennt auf die Turbine führt (abgasseitige Ventilüberschneidung). U.a. deshalb geht der Trend beim Ottomotor in Richtung zweiflutiger Turbinengehäuse.
Gruß
Vanilla299
Die Darstellung von 00Fishmaster, dass das Verfahren dem besseren Abgasverhalten dient, teile ich nicht. Es ist nämlich keine Frischluftspülung, sondern eine Verbrennung im Krümmer mit verhältnismäßig geringen Druckverhältnissen und somit schlechtem Wirkungsgrad. Vergleichbar mit selbst gebauten Gasturbinen aus alten Turboladern. Vorher mit niedrigem Lambdawert im Zylinder verbrennen und dann im Krümmer mit Luft verdünnen und nachverbrennen. Krank!
Es hat natürlich Vorteile bezüglich des Ansprechverhaltens, deshalb wird es offensichtlich auch verwendet. Könnte man genauso durch Sekundärlufteinblasung vor dem Turbo lösen, aber wenn man schon mal eine Ventilsteuerung hat, so kann man das natürlich damit auch machen.
Vanilla299, ich habe nicht gesagt, dass der Abgasgegendruck immer größer als der Ladedruck ist. Bei niedrigen Drehzahlen und geschlossenem Wastegate kann das Spülgefälle tatsächlich positiv sein. Fakt ist aber auch, dass bei gewöhnlich dimensionierten Turbomotoren unter hoher Leistungsabgabe (z.B. 70% Nennleistung) immer ein negatives Gefälle herrscht. D.h. im Hochlastbereich, wo Lambda 0,8-0,9 gefahren wird, ändert sich gar nichts.
Wenn ich fett fahre und anschließend im Krümmer die unverbrannten HCs und COs nachverbrenne (warum auch immer), was erhalte ich dann? Richtig, CO2 und H2O, beides im Gegensatz zu den Ausgangsprodukten ungiftig.
Gruß
Keine Frage, das Abgas ist durch die Nachverbrennung sauberer. Dieses System gibt es in Form von externer Frischlufteinblasung schon seit Jahren. Normalerweise ist das nur nach dem Start aktiv um den Kat aufzuheizen. Man erhöht künstlich den Verbrauch um den Kat schnell warm zu bekommen.
Der Motor wäre wohl genauso sauber, wenn man den Lambdawert im Motor korrekt einstellen würde und nicht erst im Krümmer. Doch dann würde das Turboloch größer, da das Abgas kälter und weniger wäre. Im Endeffekt ist es nur eine Maßnahme das Turboloch zu überbrücken mit einem ähnlichen Ansatz wie die Anti-Lagsysteme aus den Rallye-Autos. Dass dies auf die Lebensdauer des Turbos geht, das ist eine andere Geschichte.
Die Marketingabteilung verkauft so etwas natürlich als umweltschonend und betont das verkleinerte Turboloch. Klar.
Downsizing eben. Von den derzeitigen Leistungsdichten konnte man vor 10 Jahren nur träumen.
Ein Lambda1 Motor wäre sicherlich genauso sauber, hätte aber weniger Leistung und ein schlechteres Ansprechverhalten.
In welchen Bereichen dieses Scavenging allerdings angewandt wird weiß ich auch nicht, ich kann mir aber nicht vorstellen, das das ein dauerhafter Betriebszustand ist. Wird wohl eher wie die handelsübliche Volllastanfettung genutzt. Ist aber nur Spekulation meinerseits.
Gruß
P.S. Ich wollte hier eigentlich keine Diskussion über Sinn oder Unsinn dieses Verfahrens eröffnen, ich wollte nur aufzeigen das es dies gibt und warum es genutzt wird.
Zitat:
Original geschrieben von 00Fishmaster
Downsizing eben. Von den derzeitigen Leistungsdichten konnte man vor 10 Jahren nur träumen.
Seit 20 Jahren gibt es die Honda VTEC mit Literleistungen um die 100 PS. Ein fast 30 Jahre alter Lotus Esprit bringt es aus 2.2l auf 210PS. Man könnte hier auch den Audi RS2 mit 305PS aus 2.2l erwähnen.
Mit heutiger Technik kann man locker einen 400 PS Turbomotor aus 2l Hubraum bauen. Den Evo gibt es z.B. seit der VIIIer Baureihe mit 405 PS und voller Werksgarantie in England. Alles keine Hexerei.
Was die Leistung betrifft ist da nichts neu.
Zitat:
Original geschrieben von Symtomatics
Seit 20 Jahren gibt es die Honda VTEC mit Literleistungen um die 100 PS. Ein fast 30 Jahre alter Lotus Esprit bringt es aus 2.2l auf 210PS. Man könnte hier auch den Audi RS2 mit 305PS aus 2.2l erwähnen.Zitat:
Original geschrieben von 00Fishmaster
Downsizing eben. Von den derzeitigen Leistungsdichten konnte man vor 10 Jahren nur träumen.
Mit heutiger Technik kann man locker einen 400 PS Turbomotor aus 2l Hubraum bauen. Den Evo gibt es z.B. seit der VIIIer Baureihe mit 405 PS und voller Werksgarantie in England. Alles keine Hexerei.
Was die Leistung betrifft ist da nichts neu.
Was ist das hier, Kindergarten?
Wollt ihr ordentlich diskutieren oder doch lieber Autoquartett spielen?
Natürlich gab es auch schon vor 10 Jahren Modelle mit 100PS/Liter, aber das waren Ausnahmen und alles besonders sportliche Fahrzeuge. Es gab übrigens auch schon vor fast 40 Jahren eine Porsche 917 mit über 1000PS.
Heute gibt es aufgeladene Polos oder Clios oder ..., Autos für die breite Masse, die haben eine super Fahrbarkeit bei kleinem Verbrauch und minimalen Turboloch. Dazu erfüllen sie noch die strengsten Abgasnormen. Davon konnten die oben aufgeführten Fahrzeuge nur träumen. Das waren entweder Luftpumpen, die unendlich viel Drehzahl gebraucht haben oder hatten ein Turboloch so groß wie das Finanzierungslücke des deutschen Bundeshaushaltes.
Aber lass uns doch lieber wieder zurück zum Thema kommen ...
Gruß