Untersuchung der Kohlenwasserstoff-Emission hubraumkleiner Ottomotoren

Ziel und Inhalt dieser Arbeit ist die Gegenüberstellung der einzelnen Phänomene der HC-Emission bei hubraumkleinen Ottomotoren hinsichtlich ihrer Entstehungsorte gegenüber den hubraumgroßen, sowie das Aufzeigen von Lösungsansätzen zur Reduktion der unverbrannten Kohlenwasserstoffe, um zumindest das Niveau der größeren Motoren zu erreichen. Der hubraumgroße Motor, ein Opel C20XE der als Vergleich dient, besitzt ein Zylinderhubvolumen von 500 cm3. Als hubraumkleiner Motor wurde ein DaimlerChrysler Smart M160 eingesetzt, der ein Zylinderhubvolumen von 200 cm3 aufweist. Die zur Verfügung stehende Messtechnik reicht von der Druckindizierung über die globale Abgasanalyse bis hin zu Lichtleiteruntersuchungen mittels optischer Zündkerze und optischen Sonden in der Laufbuchse. Zusätzlich erfolgten am hubraumkleinen Motor Messungen mit einem zeitlich getaktet betriebenem Gasentnahmeventil. Die Ergebnisse der optischen Untersuchungen mit Sensoren im Feuersteg des großen Motors belegen die Annahme, dass bei Erweiterung des Spaltes, z.B. durch Anbringen einer Fase am Kolben, die Flamme aus der Verbrennung in den Spalt einzudringen vermag. Allerdings entspricht das aus der Eindringtiefe berechnete Volumen nicht dem für eine HC-Reduktion nötigen, dass heißt, das von der Flamme nicht erfasste Volumen der Fase ist größer als das Ausgangsvolumen des Spaltes beim Serienkolben. Somit beruht die festgestellte HC-Reduktion nicht nur auf dem Eindringen der Flamme in den Feuerstegspalt, sondern auch auf dem früheren Rückströ#men der unverbrannten Gase aus dem Spalt in den Hauptbrennraum und der damit verbesserten Nachoxidation. Aufbauend auf den Erkenntnissen mit dem großen Motor wurden auch für den kleinen Motor zwei Kolbenvarianten entwickelt. Unter vergleichbaren Bedingungen wurde das Einbrennverhalten der Flamme in den Feuerstegspalt untersucht. Trotz des wesentlich schlechteren Verhältnisses von Spaltvolumen zu Kompressionsvolumen liegt das Reduktionspotential durch Modifikationen des Feuerstegs bei diesem Motor nicht höher als beim hubraumgroßen Motor. Gleichwohl konnte eine spezielle Feuersteggeometrie gefunden werden, die einerseits eine Reduktion der unverbrannten Kohlenwasserstoffe um etwa 20 Prozent gegenüber der Seriengeometrie ermöglicht, andererseits auch fertigungstechnisch einfach darstellbar ist.