BMW Spark Ingition Efficiency Technology

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Methods for direct injection spark ignition efficiency

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BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau Dr. Aschraf AbdelfattahBMW Group, Mnchen 9. November 2005Entwicklung innovativer Brennverfahren bei Ottomotoren.Trends in der Motorentechnologie. BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau - Motivation und Herausforderung- Stand der Technik- BMW DI Brennverfahren- Entwicklungsmethodik- ErgebnisseEntwicklung Innovativer Brennverfahren bei Ottomotoren.Trends in der Motorentechnologie. BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau Motivation und Herausforderung.Entwicklungsziele.VerbrauchGewichtLeistungBMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau v360 180540360 540IO EC ICEOLiftexpansioncompressionIO EOEC ICIOEC ICEO.Pe = e * G * VG * Hu / (LSt * + 1) Pe = e * G * VG * Hu / (LSt * + 1)..Stand der Technik bei BMW.VALVETRONIC.BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau Stand der Technik bei BMW.VALVETRONIC und Einfluss auf die Ladungsbewegung.Velocity in the valve gap 3000100200360 630450 540KWm/ sVALVETRONIC conventional Velocity in the valve gap 3000100200360 630450 540KWm/ sVALVETRONIC conventional Horseshoe vortex on the piston crown due to sonic intake flow by VALVETRONICBMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau Wirkungsgrad v4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Verdichtungsverhltnis 0,700,650,600,550,500,450,400,350,300,250,20204210,90,80,68Thermodynamische Effizienz.Vollkommener Wirkungsgrad =1.BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau Wirkungsgrad v4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Verdichtungsverhltnis 0,700,650,600,550,500,450,400,350,300,250,20204210,90,80,68Thermodynamische Effizienz.Vollkommener Wirkungsgrad =1 vs. >>1. BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau Wirkungsgrad 0,60,50,40,30,20,10,0[n = 2000 min-1; we = 0,2 kJ/dm3] 4V konv. Doppel-VANOSVALVETRONIC akt. DI(wand-/luftgef.)unvollk. VerbrennungVerbrennungsverlusteWandwrmeverlusteProzessverl. inkl. LW (UT-UT)ReibungEffektiver WirkungsgradThermodynamische Effizienz.Verlustteilung: Vergleich Motorkonzepte.BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau BMW DI Brennverfahren.Strahlgefhrtes Brennverfahren.BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau BMW DI Brennverfahren.Entwicklungsmethodik.CFD Spraykammer 1-ZylinderKonzeption & DetailanalyseVollmotor FahrzeugValidierung & Kundenrelevante ApplikationBMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau BMW DI Brennverfahren.Beispiele aus der Entwicklung.Spraykammer: CFD SimulationBMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau BMW DI Brennverfahren.Beispiele aus der Entwicklung. positionof recirculation12 bar, 360C penetration1 bar, 20C Spraykammer: CFD Simulation vs. ExperimentCFD - SimulationBMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau BMW DI Brennverfahren.Beispiele aus der Entwicklung.Optischer Motor (LIF-Aufnahme) Auswertung Einspritzende [KW v. OT]Zndwinkel [KW v. OT]StabilittsbereichBMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau BMW DI Brennverfahren.Schichtbereich.spez. eff. Arbeit we[kJ/dm]1000 3000 5000 7000 Drehzahl [min-1]1,41,21,00,80,60,40,20,0 >> 1 > 1BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau BMW DI Brennverfahren.Entwicklungsmethodik Simuliertes Motorkennfeld.Temperatur, Emissionen,Turbulenz, Verbrennung,Einspritz- und Zndungs-strategie, ....BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau Wirkungsgrad 0,60,50,40,30,20,10,0[n = 2000 min-1; we = 0,2 kJ/dm3] 4V konv. Doppel-VANOSVALVETRONIC akt. DI(wand-/luftgef.)BMW Brennver.(strahlgefhrt)unvollk. VerbrennungVerbrennungsverlusteWandwrmeverlusteProzessverl. inkl. LW (UT-UT)ReibungEffektiver WirkungsgradBMW DI Brennverfahren.Verlustteilung: Vergleich Motorkonzepte.BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau BMW DI Brennverfahren.Verbrauchsstreuband*: Schallmauer durchbrochen.be[g/kWh]0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Hubvolumen [cm3]500460420380340300260Serienzustand (z.T. >1; AGR; Zylinderabschaltung); 77 Motoren; 07/2004, *Quelle: FEVEffektiver spezifischer Kraftstoffverbrauch; n = 2000 min-1; we = 0,2 kJ/dm3295 g/kWh (BMW strahl-gefhrtes Brennverfahren)340 g/kWh (VALVETRONIC)ZASBMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau Geschwindigkeit [km/h]0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200140120100806040200untere Kat Grenztemperaturen einhaltenWarmlauf = 1 KatheizenZeit [s]BMW DI Brennverfahren.NOx-Regeneration im MVEG-Zyklus.NOx-Speicherkat-RegenerationenBMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau Verbrauchsabsenkung [%]Basis: 4V konventionell302520151050 verkrzter Warmlaufreduzierte ReibungEmissionierung(Regeneration,zus. Katheizen, Diagnosen (=1)verkrzte bersetzung (nPmax)Vorteil im MVEGThermodynamik (abzglich VerlusteHochdruck-und Unterdruckpumpe)BMW DI Brennverfahren.Verbrauchspotenzial im Fahrzeug.BMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau BMW DI Brennverfahren.Effiziente Dynamik.VerbrauchGewichtLeistungSparsam!-20%Leistungspotenzial>65 kW/lModerate Gewichts-mehrung durch DI-KomponentenBMW GroupDr. AbdelfattahBayernInnovativ09.11.2005Passau Entwicklung innovativer Brennverfahren bei Ottmotoren.Vielen Dank fr Ihre Aufmerksamkeit.

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