Den derzeitigen Stand der Technik bei Zweirad-Zweitaktmotoren stellt die äußere Gemischbildung mittels Vergaser dar. Dieses Motorenkonzept - eingesetzt in Hubraumklassen von 50 cm3 bis 500 cm3 pro Zylinder - muss starke Einbußen hinsichtlich Drehmomentcharakteristik und maximal erzielbarer Leistung hinnehmen, um den Emissionsgrenzwerten zu entsprechen. Aufgrund der hohen Spülverluste stoßen die eingesetzten Abgasnachbehandlungskonzepte, welche meist durch einen Oxidationskatalysator umgesetzt werden, an die Grenze ihrer Dauerhaltbarkeit. Die in Diskussion befindlichen verschärften Emissionsgrenzwerte für das Jahr 2012 (Euro4), sowie der zusätzlich geplante Dauerhaltbarkeitsnachweis, machen einen Systemwechsel zu Viertaktmotoren oder Zweitaktmotoren mit innerer Gemischbildung, um eine Reduktion der Spülverluste zu erzielen, unumgänglich. Hohe Systemkosten, Komplexität und großer Bauraum verhindern den Einsatz von bekannten automotiven Hochdruckdirekteinspritzsystemen in Kleinmotoren. Aus diesem Grund wurde eine Vielzahl von verschiedenen Systemen und Technologien entwickelt, um den speziellen Anforderungen dieser Motorentypen gerecht zu werden. Ein Systemvergleich schafft einen Überblick über die Funktionsweise, die Einsatzgebiete und die erreichbaren Emissionsniveaus. Umfangreiche Prüfstandsuntersuchungen mit optischer Analyse der Gemischbildung und des Spülvorganges, unterstützt durch 3D-CFD Berechnungen, führten zu neuen Erkenntnissen der Gemischbildung im umkehrgespülten Zweitaktmotor. Verschiedenste neuartige Gemischbildungsvarianten wurden Untersuchungen und Bewertungen unterzogen. Die vielversprechendste Variante dieser Untersuchungen wurde in einem 50 cm3 bzw. einem 250 cm3 Zweitaktmotor als Prototyp umgesetzt. Die ausführliche Dokumentation der Motorenprüfstandsentwicklung belegt, dass durch gezielte Nutzung der Ladungsbewegung während des Spülvorgangs, selbst mit Niederdruckinjektoren, eine hinreichend gute innere Gemischbildung im Zweitaktmotor dargestellt werden kann. Die Trennung von Luftfanggrad und Treibstofffanggrad ermöglicht eine signifikante Reduktion der Treibstoffspülverluste sowie eine Optimierung des Oxidationsprozesses im Abgasnachbehandlungssystem. Mit dem Einsatz in Prototypenfahrzeugen konnten die deutlich reduzierten Emissionen und eine signifikante Reduktion des Treibstoffverbrauches bestätigt werden. Das neue Niederdruckeinspritzkonzept zeigt hohes Potenzial, den zukünftigen Emissionsgrenzwerten gerecht zu werden.
Können umkehrgespülte Zweitaktmotoren für Freizeitanwendungen die zukünftigen Emissionsgrenzwerte erfüllen?
2010
27 Seiten, 28 Bilder, 17 Quellen
Conference paper
German
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