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Main Title: Ladeluftkühlung durch Abgaswärmenutzung
Subtitle: Ihr Einfluss auf die Abgasemission
Translated Title: Charge air cooling with an exhaust energy driven cooling device
Translated Subtitle: its influence on exhaust emissions
Author(s): Scherer, Florian
Advisor(s): Wiedemann, Bernd
Referee(s): Wiedemann, Bernd
von Rüden, Klaus
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Ein System zur Ladeluftkühlung unter Umgebungstemperatur verspricht Wirkungsgradvorteile im Hochlastbetrieb von Ottomotoren. In der Veröffentlichung wird der Einfluss einer zur Ladeluftkühlung verwendeten, durch Abgaswärme angetriebenen, Kältemaschine auf das Abgasemissionsverhalten untersucht. Es wurden Versuche mit einem direkteinspritzenden, aufgeladenen PKW-Ottomotor bei Ladelufttemperaturen zwischen 2°C und 80°C durchgeführt. Das Versuchsprogramm umfasste, neben der Vermessung eines grob gerasterten Motorkennfelds, Motorbetriebspunkte im Fahrzyklus-relevanten Betriebsbereich (NEFZ, Artemis 150), so wie an motorischen Betriebsgrenzen. Die untersuchten Betriebsgrenzen waren Klopfen, Betrieb bei maximalem Zylinderinnendruck sowie Bauteilschutz der Abgasturbolader-Turbine. Untersucht wurden die gasförmigen Schadstoffemissionen vor und nach 3-Wege-Katalysator sowie die Partikelemissionen. Sowohl die reine Partikelanzahl als auch die Partikelgrößenverteilung wurden erfasst. Es wurde festgestellt, dass ein System zur Ladeluftkühlung unter Umgebungstemperatur in Fahrzyklus-relevanten Motorbetriebsbereichen keine wesentlichen Änderungen der gasförmigen oder Partikelemissionen verursacht. In Motorbetriebspunkten mit hoher Last und unterstöchiometrischem Verbrennungsluftverhältnis verursacht eine Absenkung der Ladelufttemperatur einen starken Anstieg der Partikelemissionen. Bei gleichzeitiger Absenkung von Ladelufttemperatur und Annäherung an den stöchiometrischen Motorbetrieb bleiben die Partikelemissionen in etwa konstant bei starker Verminderung der CO-Emissionen. Abschließend fanden theoretische Überlegungen zur Realisierung einer abgasgetriebenen Kältemaschine im Fahrzeug statt.
A system for charge air cooling below ambient temperature improves the high load efficiency of spark ignition (SI) combustion engines. This publication investigates the influence of an exhaust heat driven cooling device, employed for charge air cooling, on exhaust emissions. Experiments were run with a turbo charged direct injection passenger vehicle SI engine at intake air temperatures from 2°C to 80°C. The test program consisted of a large meshed engine map, points of engine operation representative for the driving cycles NEDC and Artemis 150 and engine operation at its operating limits. The limits investigated were engine knock, peak cylinder pressure and component protection of the exhaust turbo charger turbine. Gaseous exhaust emissions were analyzed before and after catalytic converter. Particle exhaust emissions were analyzed regarding particle number and size distribution. A system for charge air cooling below ambient temperature was not found to significantly influence gaseous or particle emissions within driving cycles. In areas of engine operation with high load and rich mixture, low charge air temperatures strongly increase particle emissions. If the charge was leaned out simultaneously to lowering the charge air temperature, particle emissions were found to be approximately constant, while CO emissions were reduced heavily. Eventually theoretical studies were undertaken regarding the implementation of an exhaust heat driven cooling system into road vehicles.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-54276
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4403
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4106
Exam Date: 2-Jul-2014
Issue Date: 22-Jul-2014
Date Available: 22-Jul-2014
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Abgasemissionen
Abgasenergienutzung
Ladeluftkühlung
Charge air cooling
Exhaust emissions
Exhaust energy recovery
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/
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