Günter FRAIDL* Peter HERZOG
Wielostronne korzyci rozwoju technologii hybrydowych
silników o zap³onie iskrowym i samoczynnym
W artykule scharakteryzowano nowoczesne rozwi¹zania silników o zap³onie iskrowym i samoczynnym. Wymagania stawiane wspó³czesnym silnikom spalinowym s¹ kompromisem miêdzy oczekiwaniami klientów, a mo¿liwociami tech-nologicznymi osi¹gniêcia znacznego zmniejszenia zu¿ycia paliwa i emisji zwi¹zków toksycznych. Rozwi¹zania stoso-wane w silnikach ZI i ZS przyczyniaj¹ siê do spe³nienia tych oczekiwañ, a jednoczenie stanowi¹ podstawê badañ nad kolejnymi rozwi¹zaniami. Rozwi¹zaniami takimi s¹ m.in. napêdy hybrydowe, wykorzystuj¹ce zalety silników spalino-wych (ZI i ZS) i maszyn elektrycznych; napêdy takie oferuj¹ mniejsze zu¿ycie paliwa, a jednoczenie znacznie podwy¿-szaj¹ komfort jazdy.
S³owa kluczowe: silniki spalinowe, zu¿ycie paliwa, emisja zwi¹zków szkodliwych
Multiple-benefit technology development for gasoline-diesel-hybrid powertrains
Modern spark ignition and compression ignition engine solutions have been characterized in the paper. The require-ments that the modern engines are currently facing are a compromise between the expectations of the clients and the technological capability of obtaining a significant reduction in the fuel consumption and emissions. The solutions ap-plied in the CI and SI engines contribute to the above expectations and constitute a basis for further development i.e. hybrid propulsion combining SI and CI engines with electric machines providing much higher fuel economy and comfort. Key words: combustion engine, fuel consumption, exhaust emission
1. Wprowadzenie
Postêp w konstrukcji samochodów i ich napêdów wy-maga wprowadzania do ich produkcji najnowszych techno-logii. Dziêki zró¿nicowaniu rozwi¹zañ mo¿liwa jest popra-wa pozycji okrelonej marki na rozwijaj¹cym siê rynku. Obecne rozwi¹zania produkcji pojazdów i napêdów (rys. 1) s¹ szczególnie wymagaj¹ce: cechuj¹ siê krótkim cyklem pro-dukcyjnym, wyranym podzia³em zastosowañ oraz du¿ymi oczekiwaniami spo³eczeñstwa i indywidualnych odbiorców.
1. Introduction
The development of automobiles and therefore also pow-ertrains has been characterised and driven in the past by the application of the latest technologies. It was thus possible to improve the position of a particular brand in a growth mar-ket through strategic differentiation.
Todays market scenario (Fig. 1) with ever-shorter prod-uct cycles, more pronounced segmentation, high cost pres-sure, plus customers and societys expectations is particu-larly demanding. The situation is additionally influenced by more stringent legislation, production over-capacity plus different regional requirements, and therefore requires multiple-benefit tech-nology development. The technologies used have to offer benefits for custom-ers, society, the legislature and manufac-turers and must not be used to achieve just one single development goal.
The general challenges to be met in developing a successful powertrain for vehicle application are summarised in Fig. 2. It goes without saying, of course, that the parameters listed above are of different importance in different markets. A typical example is the different posi-tioning of the diesel engine and the gaso-line-hybrid in Europe, Japan and the USA.
Rys. 1. Wymagania rynku odnonie nowych napêdów Fig. 1. Market scenario
Rys. 2. Czynniki decyduj¹ce o sprzeda¿y napêdów Fig. 2. Challenges for a successful powertrain
It must be remembered that, in end effect, the main crite-rion for the success of a product is the response of the cus-tomers and society in general. It must however satisfy all the legal requirements, be reasonably priced and, for clear market positioning, reflect the brand values of the manufac-turer. Summing these requirements clearly indicates the dif-ficulties inherent in the task of defining and designing a suc-cessful powertrain. Below we therefore look more closely at multiple-benefit technology development of the powertrain using just a few examples. Methodical powertrain develop-ment based on an analysis of the market and competition requires a concept to be found within the framework of the brand DNA and the manufacturers production possibilities, and this is the core compe-tence of established OEMs.
2. Core themes of todays power-train development
2.1 Hybrid technology
The core theme of passenger car pow-ertrain development is the conflicting goal of reducing both fuel consumption (CO2 emission) and the conventional
pollutant emissions (Fig. 3). As men-tioned above however (Fig. 2), defined general conditions have to be met relat-ing to costs, market image, drivrelat-ing plea-sure, comfort, noise and reliability. Gas-oline and diesel engines have completely different positions in the fuel consump-tion/emissions trade-off. Due to their highly efficient exhaust gas aftertreat-ment, gasoline engines are clearly emission-oriented. Die-sel engines, on the other hand, are heavily
consumption-ori-Rys. 3. G³ówne kierunki rozwoju napêdów samochodów osobowych Fig. 3. Main PC powertrains development directions Dodatkowe oddzia³ywanie wywieraj¹ przepisy
legislacyj-ne, nadmierne zdolnoci produkcyjne i odmienne wymaga-nia regionalne, co sprawia, ¿e d¹¿y siê do rozwoju technolo-gii spe³niaj¹cych te wielostronne oczekiwania. Stosowane technologie spe³niaj¹ wymagania klientów, spo³eczeñstwa, ustawodawcy i producentów, i nie mog¹ byæ ukierunkowa-ne na spe³nienie tylko pojedynczego celu.
Zasadnicze wymagania, jakie powinny byæ spe³nione w procesie rozwoju napêdu przeznaczonego do pojazdu przed-stawiono na rys. 2. Wymienione parametry maj¹ ró¿ne
zna-czenie w zale¿noci od konkretnego rynku; typowym przy-k³adem mo¿e byæ ró¿ne zainteresowanie silnikami o zap³o-nie samoczynnym i napêdami
hybry-dowymi w Europie, Stanach Zjednoczonych i Japonii.
Podstawowym kryterium sukce-su pozostaje zainteresowanie klien-tów i spo³eczeñstwa. Produkt musi jednak spe³niaæ równie¿ wymagania prawne, mieæ przystêpn¹ cenê, a dla odró¿nienia od innych wyrobów powinien byæ odzwierciedleniem fi-lozofii producenta. Podsumowanie tych wymagañ wskazuje wyrane trudnoci, jakie wi¹¿¹ siê ze zdefi-niowaniem i zaprojektowaniem na-pêdu, który ma szansê odnieæ suk-ces rynkowy. Aby to wykazaæ przeanalizowano rozwój technologii produkcji uk³adów napêdowych, gwarantuj¹cych sukces. Metodyczny rozwój uk³adu napêdowego oparty na analizie rynku i uwzglêdniaj¹cy warunki konkurencji, wymaga
opra-ented due to their thermodynamic efficiency and a torque characteristic which permits a fuel economy oriented trans-mission ratio. Meeting future fuel and etrans-mission requirements will therefore require significant improvements of both en-gine types, but with clearly different focuses. As shown in Fig. 3, the conflict can indeed be alleviated, but not resolved, by choosing the optimum transmission for the respective ap-plication. The main focus of the approach to the solution therefore has to be the complete powertrain.
One option for improving both emissions and fuel con-sumption is hybridisation. For cost reasons, it is currently only being used in conjunction with gasoline engines.
To illustrate the application focus of hybrid systems, Fig. 4 shows a simulation indicating the potential of reducing CO2 with various drive concepts as a function of the driving
profile (test cycles). The mean test speed is used as a charac-teristic parameter of the various, standardised test cycles.
A 2.0 l MPI gasoline engine with variable charge motion (AVL CBR System: Controlled Burn Rate) was chosen as the base engine. In addition to two hybrid variants with the same base engine, a diesel engine without hybridisation, but with similar power, was also included. All the variants ex-amined have the same combustion engine power rating and therefore also the same top speed. The additional power avail-able with the electric drive gives the full-hybrid better mo-mentary driving performance and could enable a downsized gasoline engine to be used. The study intentionally ignored this type of concept, however, because of the reserve power is not always available.
Fig. 4 shows clearly that, when compared to the base engine, the fuel economy benefits of the powertrains
exam-Rys. 4. Mo¿liwoci zmniejszenia emisji CO2 w przypadku napêdów hybrydowych
benzyno-wych i wysokoprê¿nych
Fig. 4. CO2 reduction potentials of gasoline-hybrid & diesel powertrains
cowania odpowiedniej koncepcji w ramach mo¿liwoci i spe-cyfiki producenta, co nale¿y do podstawowych kompeten-cji producenta finalnego.
2. Zasadnicze kierunki rozwoju wspó³czesnych uk³adów napêdowych
2.1. Technologia napêdów hybrydowych
Podstawowym problemem rozwoju uk³adów napêdo-wych samochodów osobonapêdo-wych jest jednoczesne zmniejsze-nie zu¿ycia paliwa (emisji CO2) i emisji zanieczyszczeñ (rys.
3). Jednak¿e, jak wspomniano wczeniej na rys. 2, sprecy-zowane warunki ogólne powinny byæ spe³nione z uwzglêd-nieniem kosztów, wizerunku firmy, przyjemnoci z jazdy, komfortu, niezawodnoci oraz ograniczeniem ha³asu. Roz-patruj¹c zu¿ycie paliwa i emisjê sk³adników toksycznych silniki ZI i ZS maj¹ zdecydowanie ró¿n¹ pozycjê. Efektyw-ny system oczyszczania spalin sprawia, ¿e silniki ZI s¹ zde-cydowanie ukierunkowane na ochronê rodowiska. Nato-miast silniki ZS nakierowane s¹ g³ównie na oszczêdnoæ paliwa dziêki du¿ej sprawnoci ogólnej i charakterystyce mo-mentu obrotowego. Aby spe³niæ wymagania ekonomiczne i ekologiczne, konieczne s¹ istotne udoskonalenia silników, uwzglêdniaj¹ce ich odmienny charakter pracy. Rozbie¿noæ omawianych charakterystyk mo¿e byæ w pewnym stopniu z³agodzona przez odpowiedni¹ konstrukcjê przek³adni skrzy-ni biegów, ale skrzy-nie ca³kowicie ususkrzy-niêta (rys. 3). Rozwi¹zaskrzy-nie tego problemu wymaga przekonstruowania ca³ego uk³adu napêdowego.
Jedn¹ z mo¿liwoci zmniejszenia zu¿ycia paliwa oraz emisji sk³adników toksycznych jest zastosowanie napêdu hy-brydowego. Z przyczyn ekonomicznych wykorzystuje siê obecnie w tym celu silniki benzynowe.
Dla zilustrowania kierunku, w jakim powinny rozwijaæ siê napêdy hybrydowe na rys. 4 pokazano symulacjê wskazuj¹c¹ na mo¿liwoci obni¿enia emisji CO2 jako
funkcji profilu drogi (cykle jezdne) w za-le¿noci od rodzaju napêdu. redni¹ prêd-koæ jazdy podczas testu wykorzystano jako parametr charakterystyczny dla ró¿-nych znormalizowaró¿-nych testów jezdró¿-nych. Jako podstawowy silnik badawczy wybrano silnik ZI MPI, o pojemnoci sko-kowej 2 dm3 i o zmiennym ruchu ³adunku
(AVL, System CBR: Controlled Burn Rate). Dodatkowo, obok dwóch odmian hybrydowych tego samego silnika ZI, za-proponowano silnik ZS (bez hybrydyza-cji) o podobnej mocy. We wszystkich ba-daniach wykorzystano silnik spalinowy o takiej samej charakterystyce i jednakowej maksymalnej prêdkoci wa³u korbowego. Dodatkowa moc pochodz¹ca od silnika elektrycznego powoduje chwilowe polep-szenie w³aciwoci trakcyjnych zespo³u hybrydowego i pozwala na zastosowanie silnika spalinowego o mniejszej objêtoci
ined tend to diminish as average speeds increase. With the diesel engine, the main reason is the better part-load effi-ciency which dominates at low cycle speeds. The inconsis-tencies in the CO2 curves for the hybrid variants in the test
cycles analysed are the result of the CO2 savings potential
from the portion of engine idle time (i.e. better fuel con-sumption through start/stop operation) and the average ve-hicle deceleration (i.e. energy recuperation) as a function of the mean cycle speed. Since with increasing mean speed, both the idle portion and the energy recuperated through fre-quent braking decrease, the CO2 advantage diminishes.
The comparatively low potential offered by hybridisa-tion for reducing CO2 in the urban cycles can be explained
as follows. Under overrun conditions, the electric energy re-cuperation substitutes for the braking torque of the de-cou-pled combustion engine. Larger capacity gasoline engines and diesel engines especially would then offer significantly higher CO2 reduction potential compared to the engines
stud-ied. Furthermore, neither electro-mechanical nor electro-hy-draulic braking were considered in the simulation which means that with each deceleration conventional braking was superimposed on the generator braking of the electric ma-chine, thus reducing the possible recuperation potential.
To summarise, it can be said that the following are deci-sive in determining the CO2 reduction potential of the
hy-brid:
the specific characteristics of the test cycles,
the differences in consumption between the combustion engines studied and
the hybrids vehicle-specific integration (e.g. recuperation possibilities, engine downsizing).
These help the hybrid to reduce CO2, but it is all the more
efficient the lower the fuel consumption of the base engine and the higher the proportion of energy recuperation and start/stop operating modes.
One approach for optimising emissions of a diesel hy-brid is shown in Fig. 5. The support of the electric machine lowers the maximum IMEP demand on the diesel engine in
Rys. 5. Efekt obciêcia maksymalnych emisji Fig. 5. Effect of emission peak cutting skokowej (downsizing). W artykule pominiêto taki wariant,
bowiem nie zawsze jest osi¹gana wiêksza moc.
Z analizy rysunku 4 wynika, ¿e w porównaniu z silni-kiem podstawowym (ZI), korzyci wynikaj¹ce ze zmniej-szonego zu¿ycia paliwa zmniejszaj¹ siê wraz ze wzrostem redniej prêdkoci jazdy. W przypadku silnika ZS, g³ówna korzyæ wynika z wy¿szej sprawnoci przy pracy na obci¹-¿eniach czêciowych. Nieci¹g³oci w przebiegu krzywych emisji CO2 w analizowanych testach napêdów hybrydowych
wynikaj¹ z mo¿liwoci redukcji emisji CO2 w warunkach
pracy na biegu ja³owym (mniejsze zu¿ycie paliwa w cyklu start/stop) oraz rednim opónieniu pojazdu (odzysk energii podczas hamowania). St¹d wraz ze wzrostem redniej prêd-koci w tecie zmniejsza siê oszczêdnoæ emisji CO2,
wyni-kaj¹ca z pracy na biegu ja³owym oraz odzysku energii pod-czas czêstego hamowania.
Stosunkowo niewielkie mo¿liwoci zmniejszenia emisji CO2 przez napêd hybrydowy w cyklu miejskim, ma
nastêpuj¹ce powody: przy przekroczeniu zapotrzebowania na moc odzysk energii elektrycznej zastêpuje si³ê hamowa-nia wysprzêglonego silnika spalinowego. Silniki ZI o du¿ej pojemnoci (a szczególnie silniki ZS), wykazuj¹ w takich warunkach znacznie wiêksz¹ mo¿liwoæ redukcji emisji CO2
ani¿eli silnik ZI poddany badaniom. Ponadto, w rozwa¿a-niach nie uwzglêdniono hamowania elektromechanicznego ani elektrohydraulicznego, co oznacza, ¿e podczas ka¿dego konwencjonalnego hamowania nak³ada³o siê ono na hamu-j¹ce dzia³anie maszyny elektrycznej, zmniejszaj¹c w ten sposób odzysk energii.
Czynniki maj¹ce decyduj¹ce znaczenie w okreleniu mo¿liwoci zmniejszenia emisji CO2 dziêki zastosowaniu
napêdu hybrydowego:
charakterystyka cyklu jezdnego,
ró¿nice w zu¿yciu paliwa badanych silników,
specyficzne cechy uk³adu hybrydowego (np. odzysk ener-gii, zmniejszenie silnika).
Cechy te umo¿liwiaj¹ zmniejszenie emisji CO2 przez
na-pêd hybrydowy, lecz najwiêksze mo¿liwoci to zmniejsze-nie zu¿ycia paliwa przez
silnik spalinowy oraz zwiêk-szenie udzia³u odzyskiwanej energii i pracy silnika w wa-runkach start/stop.
Jednym ze sposobów zmniejszenia emisji przez na-pêd hybrydowy z silnikiem ZS jest wspó³praca z maszyn¹ elektryczn¹ (rys. 5). Zmniejsza ona zapotrzebowanie na red-nie cired-niered-nie u¿yteczne pe
sil-nika w ci¹gu testu i umo¿liwia przesuniêcie punktu pracy sil-nika spalinowego w obszary ma³ej emisji tlenków azotu. Je¿eli odzyskan¹ energiê wy-korzystaæ do napêdu, otrzymu-je siê dalsze zmniejszenie
zu-the test cycle (shift in zu-the operating point) and thus enables high NOx emissions to be avoided in the map range shown.
If the recuperated energy is then used to support the drive, an additional reduction in fuel consumption is achieved. In the example described above, approximately 14%/20% re-duction in CO2/NOx is predicted.
The hybrid drive therefore represents without doubt multiple-benefit technology in terms of fuel consumption, emissions and driving performance, but this has to be con-sidered, however, in relation to the user profile, the technol-ogy used and the associated costs.
2.2. Diesel engine
The development challenge and goal for passenger car diesel engines is to achieve the lowest possible emissions as shown in Fig. 3. That has to be realised in parallel to contin-uously increasing performance requirements, and without compromising the better fuel economy and at a justifiable cost. The emission potential of each combustion engine is determined by the combustion process and the conversion rates of the exhaust aftertreatment system, the engine man-agement system (or control) being the integrating compo-nent. Fig. 6 is a schematic diagram of possible strategies for
Rys. 6. Przyjêta strategia ograniczania emisji Fig. 6. Generic emission development strategies
Rys. 7. Wp³yw ograniczeñ rynkowych na poziom emisji spalin Fig. 7. Market specific boundaries effects emission challenge
Rys. 8. Przyjête kierunki rozwoju systemów spalania Fig. 8. Generic combustion development directions
Rys. 9. Przyjête kierunki rozwoju systemów oczyszczania spalin Fig. 9. Generic exhaust aftertreatment development directions ¿ycia paliwa. W opisanym przyk³adzie nale¿y spodziewaæ
siê redukcji CO2 o co najmniej 14%, a NOx o 20%.
Napêd hybrydowy jest wiêc sposobem na zmniejszenie zu¿ycia paliwa, obni¿enie emisji zwi¹zków szkodliwych i poprawê w³aciwoci trakcyjnych pojazdu. W zwi¹zku z tym nale¿y go rozpatrywaæ w relacji: cech kierowcy, zastosowa-nej technologii i zwi¹zanych z tym kosztów.
2.2. Silniki o zap³onie samoczynnym
Wyzwaniem i celem rozwoju samochodowych silników ZS jest osi¹gniêcie mo¿liwie ma³ej wartoci emisji; nale¿y j¹ osi¹gn¹æ równolegle do wzrastaj¹cych wymagañ w za-kresie osi¹gów, bez zwiêkszenia zu¿ycia paliwa i przy uza-sadnionych nak³adach. Emisja zwi¹zków szkodliwych sil-nika spalinowego jest wynikowym czynnikiem procesu spalania i szybkoci oczyszczania spalin w uk³adzie wylo-towym, a dzia³aniem systemu sterowania silnikiem. Na ry-sunku 6 pokazano schemat mo¿liwoci obni¿enia emisji spa-lin. Decyzja, któr¹ z nich wybraæ, zale¿y od dostêpnoci technologii, jej kosztów, uwarunkowañ rynkowych (np.
unor-achieving the lowest possible emissions. The decision which of these approaches to use depends on technology availabil-ity, its cost and the market-specific environment (e.g. gener-al legislative conditions such as fleet consumption vgener-alues, test cycles, OBD etc.) plus the manufacturers capabilities and limitations. This is shown, for example, more closely in Fig. 7 for the US 06 emission cycle, possible NTE emis-sions ranges (not-to-exceed) and also further downsizing. These kinds of general conditions demand emission control measures in the direction of higher BMEP which represents a tough challenge for diesel engines and significantly af-fects the strategy to be used.
The general direction in com-bustion development is shown in Fig. 8. The evolutionary develop-ment of todays combustion pro-cesses and the use of new process-es requirprocess-es extensive progrprocess-ess in the fields of charge management, injection and control to be made. For exhaust aftertreatment (Fig. 9) the particulate filter is a general-ly accepted mass-produced ele-ment. With NOx catalysts, the choice of system depends on the conversion rate required, the sec-ondary emissions which occur (e.g. HC), consumption effects (fuel, urea) and the infrastructure required.
Turbocharging
Fig. 10 shows the trade-off between nitrogen oxide and soot emission over excess air ratio for different boost pressures. The curves represent the mean value of a scatter band produced from the variation of EGR rate with, in each case, optimised injection parameters. For constant soot emissions, it can be seen that as the boost pressure and EGR rate increase, the nitrogen oxides can be significantly reduced. Assuming real efficiency levels for the turbocharg-ing group, an increase in the excess air ratio of 1.4 to ap-prox. 1.55 is achievable. An increase in the boost pressure at part load has to be seen in conjunction with the full-load requirements, whereby different turbocharging concepts are used depending on the performance and/or low end torque goals. It is obvious, however, that two-stage, continuously controlled turbocharging offers the greatest potential with regard to low end torque and higher specific power output. The following vehicle-engine combinations represent-ing challenges for emissions management were defined for the assessment of driving performance and cycle emis-sions:
Type of vehicle: Van,
Reference test weight: 1930 kg, Rys. 10. Mo¿liwoci ograniczenia emisji NOx przez zwiêkszenie stopnia do³adowania
i recyrkulacji spalin
Fig. 10. NOx reduction potential via higher levels of boosting and EGR-rates
mowañ dotycz¹cych zu¿ycia paliwa przez ogó³ pojazdów, testy jezdne, systemy OBD itd.) oraz mo¿liwoci producen-ta. Mo¿liwoci obni¿enia emisji w tecie jezdnym US06, zakresie emisji NTE (nieprzekraczania wartoci) oraz dal-szym downsizingu pokazano na rys. 7. Tego typu uwarun-kowania wymagaj¹ d¹¿enia do wiêkszych wartoci pe, co
oznacza zmiany w konstrukcji silników ZS i w istotny spo-sób wp³ywa na wybór odpowiedniej strategii.
Podstawowy kierunek rozwoju silników pokazano na rys. 8. Zmiany w procesie spalania oraz zastosowanie nowych procesów poprawy spalania wymagaj¹ postêpu w zakresie przygotowania ³adunku, wtrysku i sterowania. W uk³adach
wylotowych powszechnie stosuje siê ju¿ filtry cz¹stek sta-³ych (rys. 9), a w przypadku reaktorów katalitycznych do usuwania tlenków azotu wybór systemu zale¿y od wymaga-nej szybkoci konwersji, wtórnych emisji (np. HC), wielko-ci zu¿ycia dodatkowych czynników (paliwo, mocznik) oraz wymaganej infrastruktury.
Turbodo³adowanie
Zwi¹zek miêdzy wspó³czynnikiem nadmiaru powietrza a emisj¹ tlenków azotu i sadzy dla ró¿nych wartoci cinie-nia do³adowacinie-nia pokazano na rys. 10. Krzywe przedstawiaj¹ redni¹ wartoæ zmian stopnia recyrkulacji spalin (EGR) oraz optymalizowanych, dla ka¿dego przypadku, parametrów wtrysku. Dla sta³ej wartoci emisji sadzy obserwuje siê wzrost stopnia do³adowania i stopnia EGR, a jednoczenie zmniejsza siê zauwa¿alnie emisja NOx. Zak³adaj¹c
rzeczy-wisty poziom sprawnoci zespo³u do³adowuj¹cego, mo¿li-wy jest wzrost wspó³czynnika nadmiaru powietrza z 1,4 do ok. 1,55. Wzrost cinienia do³adowania na obci¹¿eniach czê-ciowych nale¿y uwzglêdniaæ w perspektywie warunków
Traction power requirement
at 120 km/h: 900 N,
Transmission: 6-gear manual,
Engine capacity: 2.2 L,
Turbocharging group: two-stage, continuously controlled turbocharging. Driving performance was assessed based on characteris-tic steady-state full-load values, such as shown on the left of Fig. 11. The distance travelled in 10 seconds from vehicle standstill was used to assess acceleration. With the two-stage
concept there is an advantage of about 13 m, as shown top right in Fig. 11. A more significant gain for the two-stage turbocharging was found in elasticity (60 km/h to 120 km/h in fifth gear) Fig. 11 bottom right. For this very important parameter for real driving, the two-stage turbocharging
con-cept is 27% quicker.
The NEDC emission projec-tions were made with the AVL CRUISE simulation program. Characteristic engine map data which contained values for alterna-tive combustion in the lower load range were used as the basis for both turbocharging concepts. Fig. 12 shows the positive effect of the more powerful turbocharging group on NOx and soot. A
reduc-tion in NOx of approx. 25% appears
to be realistic, further reduction being equally conceivable.
Not only can emissions and driveability be optimised with this concept, but also fuel consumption reduced depending on the turbo-charging strategy used.
Control and Combustion Process Fig. 12 shows the potential for emission reduction with the alter-Rys. 11. Osi¹gi silnika i pojazdu
Fig. 11. Engine and vehicle performance data
Rys. 13. rodowisko wykorzystuj¹ce pomiar cinienia w cylindrze do zarz¹dzania prac¹ silnika Fig. 13. Cylinder pressure based EMS development environment
pe³nego obci¹¿enia; mo¿na bowiem stosowaæ ró¿ne sposo-by do³adowania w zale¿noci od osi¹gów i przewidywane-go momentu obrotoweprzewidywane-go. Jest oczywiste, ¿e dwustopniowe do³adowanie o zmieniaj¹cych siê parametrach, stanowi naj-bardziej obiecuj¹ce rozwi¹zanie zwiêkszaj¹ce wartoæ mo-mentu obrotowego i mocy u¿ytecznej.
Dla osi¹gniêcia za³o¿onych wskaników pracy i warto-ci emisji stworzono nastêpuj¹ce po³¹czenia silnika i pojaz-du:
rodzaj pojazdu: Van,
masa w czasie testu: 1930 kg, wymagana si³a napêdowa
przy 120 km/h: 900 N,
Rys. 12. Symulacja emisji w tecie NEDC po zastosowaniu alternatyw-nego spalania oraz dwustopniowego do³adowania
Fig. 12. NEDC emission simulations with alternative combustion and 2 stage turbocharging
native diesel combustion developed by AVL, about which much has already been written [e.g. 1, 2]. To be able to ex-ploit this potential reliably and reproducibly in all engine operating states, a cylinder pressure-based control concept was developed called CYPRESSTM (Cylinder Pressure-based Engine Management System) [e.g. 3, 4]. The devel-opment environment of this EMS is illustrated in Fig. 13. The challenge was the realtime-capable calculation of the necessary algorithms in the EMS. Processes were developed in Matlab/Simulink to determine the control parameters from the cylinder pressure curve and the signal from the standard speed sensor, and implemented in a dSpace MicroAutoBox. These algorithms calculated the indicated mean effective pressure, the crank angle at which 50% of the fuel is con-verted (MFB50%), the value and position of the cylinder peak pressure (pmax) and maximum cylinder pressure rise
(MPR). Using the signals from cylinder pressure sensors and the standard speed sensor, the control parameters, MFB50%
and MPR, are available via CAN bus for each cylinder at each combustion event. In the ES1000 system all the algo-rithms needed to control the alternative combustion are cal-culated in what is called a software bypass. The results of the algorithms are passed to the EMS via the emulator switch which is also used to load the latest calculation results from the EMS into the ES1000 development hardware. This hard-ware configuration therefore provides a closed loop for con-trolling combustion parameters.
The implementation of direct feedback from the com-bustion process and the availability of information extracted from it not only offers advantages for the use of alternative combustion processes but also opens up other options for improving diesel engine control functions. These are listed below.
Advantages of combustion control: direct torque measurement and control, cylinder-selective control and improved OBD,
best utilisation of design criteria (e.g. monitoring cylinder peak pressure),
Rys. 14. Rozgrzewanie silnika sterowane czujnikiem po³owy spalonego paliwa MFB50%
Fig. 14. Engine warm-up with MFB50 controller
Rys. 15. Sterowanie spalaniem z wykorzystaniem parametru MFB50% zmniejsza wra¿liwoæ na zmiany liczby cetanowej Fig. 15. MFB50% combustion control compensates fuel cetane number
variation
przek³adnia: 6-biegowa, rêczna,
pojemnoæ skokowa silnika: 2,2 dm3,
zespó³ turbosprê¿arki: dwustopniowy, ze zmiennym stopniem do³adowania
W³aciwoci jezdne za³o¿ono na podstawie wartoci za-rejestrowanych w warunkach charakterystyki zewnêtrznej (rys. 11). Odleg³oæ, jak¹ przejecha³ pojazd przez pierwsze 10 s po uruchomieniu wykorzystano do okrelenia wartoci przyspieszenia; dziêki zastosowaniu do³adowania dwustop-niowego uzyskano wynik lepszy o 13 m (rys. 11). Wyra-niejszy zysk w przypadku dwustopniowego do³adowania za-notowano, porównuj¹c elastycznoæ (przyspieszenie od 60 do 120 km/h na pi¹tym biegu, rys. 11). Jest to istotny dla w³aciwoci jezdnych parametr wykorzystanie dwustop-niowego do³adowania pozwoli³o rozpêdziæ pojazd o 27% szybciej.
Odwzorowania emisji spalin zgodnych z testem NEDC wykonano za pomoc¹ programu symulacyjnego AVL CRU-ISE. Jako odniesienie dwóch wariantów turbodo³adowania
wykorzystano dane tworz¹ce mapê wartoci alternatywne-go spalania w dolnym zakresie obci¹¿eñ. Na rysunku 12 po-kazano korzystny wp³yw zwiêkszenia do³adowania na emi-sjê tlenków azotu i sadzy. Redukcja emisji NOx o ok. 25%
wydaje siê mo¿liwa do uzyskania, podobnie jak mo¿liwoæ jej dalszej redukcji. Koncepcja zmiany do³adowania umo¿-liwia nie tylko optymalizacjê emisji spalin i w³aciwoci jezd-nych pojazdu, ale równie¿ zmniejszenie zu¿ycia paliwa. Proces spalania i jego sterowanie
Na rysunku 12 pokazano mo¿liwoci ograniczenia emi-sji dziêki zastosowaniu alternatywnego systemu spalania w silniku ZS opracowanego przez AVL, o którym napisano, np. w [1, 2]. Aby w pe³ni wykorzystaæ ten potencja³ we wszystkich warunkach pracy silnika, opracowano metodê CYPRESSTM (Cylinder Pressure-based Engine Manage-ment System) [3, 4], opart¹ na pomiarze cinienia w cylin-drze (rys. 13 rodowisko, w którym dzia³a system stero-wania silnikiem). Zadanie polega na obliczeniach parametrów spalania w czasie rzeczywistym algorytmów sterowania. Obliczenia zrealizowano za pomoc¹ programu Matlab/Simulink w celu wyznaczenia parametrów sterowa-nia na podstawie wartoci wykresu indykatorowego oraz sygna³u czujnika prêdkoci; wyniki transformowano do
better long-term stability,
compensation of production tolerances, improved cold start and warm-up,
compensation for different cetane ratings (e.g. USA/EU), use of alternative combustion processes,
dispensing with or simplification of sensors.
Fig. 14 shows an example of the warm-up of a full engine with predefined MFB50% position. The timing of the en-ergising of the common rail injector (SOE Start Of Energising) is controlled by comparing the target and the actual MFB50% values. As the coolant temper-ature increases, the SOE is continuously set later which means that better calibra-tions for cold start and warm-up can be achieved. Another example is shown in Fig. 15 for fuels with different cetane rat-ings. Here too, it is clear to see how this controller concept compensates for the changed fuel quality through the start of injection, NOx emissions thus remaining
unchanged. This attribute makes the in-troduction of diesel engines into the USA easier, for example, where the cetane rat-ings of fuels on the market are between ~38 and ~60.
At AVL, a Volvo S80 vehicle with a reference mass of 1800kg was chosen to demonstrate alternative combustion
pro-cesses in real driving. This was used in combination with the 2.4 litre capacity Volvo 5-cylinder engine thus providing a representative engine/vehicle configuration. Fig. 16 shows the additional electronic components described above inte-grated in the demonstration vehicle. The AD-Scan and Ther-Rys. 16. Pojazd testowy AVL wyposa¿ony w system alternatywnego spalania sterowany
z wykorzystaniem sygna³u cinienia w cylindrze
Fig. 16: AVLs demonstrator with alternative combustion and cylinder pressure based combustion control
Rys. 17. Ca³kowita emisja NOx podczas rzeczywistej jazdy; spalanie
konwencjonalne w porównaniu z alternatywnym
Fig. 17. Cumulative NOx emissions in real world driving; alternative vs.
conventional combustion dSpace MicroAutoBox. Wed³ug algorytmów mo¿na
obli-czyæ rednie cinienie indykowane, k¹t obrotu wa³u korbo-wego dla 50% spalonego paliwa (MFB50%), wartoæ i po-³o¿enie k¹towe maksymalnego cinienia w cylindrze (pmax)
oraz szybkoæ narastania cinienia (MPR). Wykorzystuj¹c sygna³y czujników cinienia w cylindrze i prêdkoci, s¹
do-stêpne w magistrali CAN dla ka¿dego cylindra w ka¿dym cyklu pracy sygna³y obliczone: steruj¹ce, MFB50% oraz MPR. W systemie ES1000 wszystkie algorytmy niezbêdne do sterowania alternatywnym procesem spalania s¹ oblicza-ne w trybie programowego obejcia (by-pass). Wyniki obli-czeñ s¹ przekazywane za porednictwem emulatora do uk³a-du zarz¹dzaj¹cego, który wykorzystywany jest tak¿e do przesy³ania wyników obliczeñ z jednostki steruj¹cej do kom-putera systemu ES1000. Taka konfiguracja pozwala na uzy-skanie sprzê¿enia zwrotnego sterowaniem parametrami spa-lania.
Zastosowanie bezporedniego sprzê¿enia zwrotnego do sterowania procesem spalania oraz wykorzystanie pocho-dz¹cych od niego informacji, pozwala wykorzystaæ zalety zastosowania alternatywnych procesów spalania, ale tak¿e stwarza mo¿liwoci poprawy funkcji sterowania procesem spalania w silniku ZS.
Zalety sterowania procesem spalania:
bezporedni pomiar wartoci momentu obrotowego i jego sterowanie,
sterowanie pojedynczymi cylindrami i usprawniona dia-gnostyka pok³adowa,
najlepsze wykorzystanie kryteriów projektowania (np. mo-nitorowanie maksymalnego cinienia w cylindrze), lepsza stabilnoæ d³ugoterminowa,
mo-Scan are only used for recording various system pres-sures and temperatures. The lambda value measured by lamb-da meter is not used for control purposes but is purely addi-tional information for the transient emission optimisation.
To provide an impression of the NOx reduction possible
with alternative combustion and cylinder pressure controlled EMS, Fig. 17 shows accumulative emissions in real driving compared to those of a conventional combustion process. It must be remembered, however, that different driving styles and changed traffic situations affect the result. This is dem-onstrated clearly, for example, under conventional driving conditions at about 400 s in acceleration mode where a sig-nificant increase in NOx occurs.
The multiple benefits of the control concept described above lie in achieving the lowest possible emissions by ex-ploiting combustion and application limits, in compensat-ing for engine and fuel tolerances and, dependcompensat-ing on the quality of the cylinder pressure sensor, in the system control and diagnostics with significantly fewer and simpler sen-sors.
2.3. Gasoline engine
With the three-way catalyst, a highly effective exhaust aftertreatment for all restricted pollutant components is al-ready a mass-produced standard for gasoline engines. Even the lowest emissions limits can be met with it at least with the appropriate technical investment. The greatest develop-ment challenge for gasoline engines is therefore not emis-sions but reducing fuel consumption while providing great-er driving pleasure, see Fig. 3. Since gasoline engines are very often the less expensive choice for a first-time car, the cost aspect carries more weight than for diesel engines.
If we consider the lower fuel economy compared to die-sel engines on a volumetric basis, about a third is the result of lower fuel density, another third is due to the overall vehi-cle gearing which is shorter for gasoline engines than for turbocharged diesel engines and therefore results in a much
Rys. 18. Sposoby obni¿enia zu¿ycia paliwa w silniku benzynowym Fig. 18. Key gasoline engine technologies for improved fuel economy polepszony zimny rozruch i nagrzewanie silnika,
kompensacja ró¿nych wartoci liczb cetanowych (np. USA/EU),
zastosowanie alternatywnych procesów spalania, brak lub uproszczenie czujników.
Na rysunku 14 pokazano rozgrzewanie silnika ze wstêp-nie okrelonym po³o¿ewstêp-niem punktu MFB50%. Otwarcie wtryskiwacza uk³adu common rail (SOE Start of energi-sing) jest sterowane przez porównanie docelowej i chwilo-wej wartoci MFB50%. Ze wzrostem temperatury cieczy ch³odz¹cej nastêpuje opónienie SOE, co oznacza, ¿e mo¿-liwe jest uzyskanie lepszych parametrów sterowania pod-czas zimnego rozruchu i procesu rozgrzewania. Inny przy-k³ad dla paliw o ró¿nej liczbie cetanowej, pokazano na rys. 15. Zaprezentowano ideê sterowania kompensuj¹ jakoci paliwa przez odpowiedni pocz¹tek wtrysku, przy niezmie-nionej emisji NOx. Ta cecha pozwala ³atwiej wprowadziæ
silniki wysokoprê¿ne na rynek amerykañski, na którym licz-ba cetanowa paliw znajduj¹cych siê w sprzeda¿y zawiera siê w zakresie 3860.
Do badañ alternatywnego procesu spalania podczas rze-czywistej jazdy wybrano w firmie AVL samochód Volvo S80 o masie w³asnej 1800 kg. Wyposa¿ono go w 5-cylin-drowy silnik Volvo o zap³onie samoczynnym o pojemnoci skokowej 2,4 dm3. Na rysunku 16 pokazano dodatkowe
ele-menty wyposa¿enia elektronicznego zastosowane w tym po-jedzie. Systemy AD-Scan i Thermo-Scan u¿yto w celu za-pisywania zmiennego cinienia i temperatury w cylindrze. Wartoæ wspó³czynnika nadmiaru powietrza mierzono za pomoc¹ sondy l; nie by³a ona wykorzystywana do sterowa-nia prac¹ silnika, a dostarcza³a jedynie informacji nt. opty-malizacji emisji w stanach przejciowych.
Aby wykazaæ zmniejszenie emisji NOx zastosowano
al-ternatywny system spalania i uk³ad sterowania wykorzystu-j¹cy pomiar cinienia w cylindrze. Na rysunku 17 pokazano ca³kowit¹ emisjê tlenków azotu podczas rzeczywistej jazdy, w porównaniu z emisj¹ przy spalaniu konwencjonalnym. Wyniki zale¿¹ tak¿e od sposobu jazdy i sytuacji dro-gowych; na rysunku zaprezentowano je dla typowych warunków jazdy, gdy pojazd przyspiesza przez 400 s obserwowany jest wtedy wyrany wzrost emisji tlenków azotu.
Korzyci w ograniczeniu emisji tlenków azotu z zastosowaniem opisanej koncepcji sterowania wyni-kaj¹ z maksymalnego wykorzystania procesu spala-nia, du¿ej dok³adnoci parametrów silnika oraz pali-wa, a tak¿e zale¿nie od jakoci wykonania czujnika cinienia w cylindrze wykorzystuj¹ zdecydowanie mniejsz¹ liczbê nieskomplikowanych czujników. 2.3. Silniki o zap³onie iskrowym
W przypadku wszystkich wspó³czenie produko-wanych silników ZI standardem jest stosowanie re-aktora katalitycznego potrójnego dzia³ania, do usuwania wszystkich zwi¹zków szkodliwych prze-widzianych normami. Dziêki niemu mog¹ byæ spe³-nione wszystkie, nawet najostrzejsze normy emisji, w skrajnym przypadku przy zwiêkszonych kosztach.
lower engine load distribution, and only about a third results from the thermodynamics. In the past, advanced develop-ment of gasoline engines concentrated primarily on the ther-modynamics (e.g. DI stratified concepts, throttle-free load control), but very little in the direction of operating load point shift.
Unlike diesel engines, for which at least the basic tech-nologies (e.g. direct injection, turbocharging) are largely stan-dard, the technologies used to reduce fuel consumption in gasoline engines are diverse, Fig. 18, and differ both in terms of cost and effort as well as efficiency. The potential for bet-ter fuel consumption offered by these technologies compared with a simple base status of todays mass-produced engines (4-valve, λ = 1, fixed valve events) depends not only on the steady-state consumption, Fig. 19, but is heavily dependent on the customer-relevant operating modes.
Although the combination of camshaft phasing and vari-able charge motion at low loads shows only comparatively moderate fuel consumption improvement, it nevertheless produces no consumption disadvantages in any other oper-ating mode compared to the base status. Direct-injection strat-ified concepts on the other hand show a markedly differenti-ated consumption behaviour. Significantly better fuel
Rys. 19. Zmniejszenie zu¿ycia paliwa uzyskane po zastosowaniu ró¿nych technologii w silniku ZI
Fig. 19. Fuel economy improvement of key gasoline engine technologies
Rys. 20. Zmniejszenie zu¿ycia paliwa przez poprawê rozk³adu obci¹¿eñ przy ma³ej prêdkoci i czêciowym obci¹¿eniu
Fig. 20. Fuel economy improvement load distribution at low load & speed
Najwiêkszym wiêc wyzwaniem wobec silników benzyno-wych nie s¹ ju¿ wartoci emisji, ale ograniczenie zu¿ycie paliwa bez rezygnowania z komfortu jazdy (por. rys. 3). Jako ¿e silnik benzynowy jest najczêciej wybierany w przypad-ku taniego pierwszego auta, aspekt ekonomiczny jest istot-niejszy ni¿ w przypadku silnika ZS.
Jeli porównuje siê wy¿sze w porównaniu z silnikiem ZS, objêtociowe zu¿ycie paliwa, to ok. 1/3 pochodzi z mniej-szej gêstoci paliwa, nastêpna 1/3 jest zwi¹zana z systemem zmiany biegów, krótszych dla silnika ZI ni¿ turbodo³ado-wanego ZS, a ostatnia 1/3 wynika ze strat cieplnych. W prze-sz³oci rozwój silników benzynowych koncentrowa³ siê na termodynamice (np. wtrysk bezporedni i uwarstwienie ³adunku, sterowanie silnikiem bez przepustnicy), lecz nie-wiele zajmowano siê przesuniêciem punktów pracy silnika, w obszary o mniejszym zu¿yciu paliwa.
Odmiennie ni¿ w silniku ZS, gdzie podstawowe techno-logie s¹ rozwi¹zaniami standardowymi (np. wtrysk bezpo-redni, turbodo³adowanie), sposoby obni¿enia zu¿ycia pali-wa w silnikach ZI s¹ inne i ró¿ni¹ siê miêdzy sob¹ zarówno kosztami, jak i sprawnoci¹ (rys. 18). Mo¿liwoci obni¿enia zu¿ycia paliwa w stosunku do typowego masowo produko-wanego silnika (4 zawory na cylinder, λ = 1, niezmienne
consumption in the stratified range contrasts with the lower efficiency in the high load/speed range. Although this be-haviour was decisively improved by the change from wall-/ turbulence-guided combustion processes to spray-guided combustion, the main disadvantage still remains. The be-haviour of the infinitely variable mechanical valve lift lies between that of the two systems mentioned above. The con-sumption improvements in the low load range are smaller than with stratified charge concepts, but there are no restric-tions in the higher load/speed range due to a DeNOx cata-lyst. Combined downsizing/downrating concepts based on direct injection, camshaft phasing and turbocharging with the appropriate system layout show significantly better fuel consumption over virtually the entire customer-relevant op-erating range. Even in the range close to full load, fuel con-sumption can, with reduced nominal speed, be kept at the level of a naturally aspirated engine. Camless, fully variable electro-hydraulic valve timing offers significant fuel con-sumption advantages not only at low loads (incl. cylinder cut-off) but also at middle and high loads.
The customer-relevant real world fuel economy benefits which can actually be realised depend heavily on the load profile and thus the combination engine displacement,
trans-Rys. 21. Obni¿enie zu¿ycia paliwa przez zmianê profilu obci¹¿enia przy du¿ej prêdkoci i zwiêkszonym obci¹¿eniu Fig. 21. Fuel economy improvement load distribution at higher
load & speed ustawienie rozrz¹du) zale¿¹ nie tylko od zu¿ycia w
warun-kach ustalonych, ale w sposób istotny od przyzwyczajeñ kie-ruj¹cego (rys. 19).
Zastosowanie zmiennych faz rozrz¹du i zmiennego ru-chu ³adunku na obci¹¿eniach czêciowych powoduje umiar-kowany spadek zu¿ycia paliwa w porównaniu z rozwi¹za-niem podstawowym, to jednak nie powoduje ujemnych skutków w ¿adnym trybie pracy. Z kolei uwarstwienie ³adun-ku i wtrysk bezporedni odznaczaj¹ siê wyranie zró¿nico-wanym zu¿yciem paliwa. Zdecydowane zmniejszenie zu-¿ycia obserwuje siê na obci¹¿eniach czêciowych, a ma³¹ sprawnoæ w warunkach znamionowych. Zjawisko to ule-g³o znacznej poprawie wraz z zast¹pieniem przyciennego zawirowania ³adunku, spalaniem kszta³towanym strumie-niem rozpylonego paliwa, tym strumie-niemniej g³ówna wada sys-temu pozosta³a. Zastosowanie zaworów o zmiennym wznio-sie jest kompromisem miêdzy wymienionymi systemami. Oszczêdnoci paliwa z zastosowaniem zmiennego wzniosu zaworów na obci¹¿eniach czêciowych s¹ mniejsze ni¿ w przypadku ³adunku uwarstwionego, lecz w warunkach zna-mionowych nie ma ograniczeñ, wynikaj¹cych z dzia³ania reaktora DeNOx. Wyranie mniejsze zu¿ycie paliwa w ca-³ym zakresie pracy mo¿na osi¹gn¹æ ³¹cz¹c koncepcjê zmniej-szenia wymiarów i osi¹gów silnika (downsizing/downrating) z wtryskiem bezporednim, zmiennymi fazami rozrz¹du i turbodo³adowaniem. W warunkach pe³nego obci¹¿enia, na-wet ze zmniejszon¹ prêdkoci¹ obrotow¹, zu¿ycie paliwa mo¿na utrzymaæ na takim poziomie jak dla silnika bez do³a-dowania. Rozwi¹zaniem wp³ywaj¹cym na zmniejszenie zu-¿ycia paliwa nie tylko na obci¹¿eniach czêciowych, ale rów-nie¿ w zakresie rednich i du¿ych obci¹¿eñ, jest zastosowanie rozrz¹du bezkrzywkowego elektrohydraulicznego.
Korzyci wynikaj¹ce ze zmniejszenia zu¿ycia paliwa uzy-skuje siê g³ównie dziêki odpowiedniemu zaprojektowaniu trasy przejazdu, co jest równie¿ zwi¹zane z pojemnoci¹ sko-kow¹ silnika, prze³o¿eniem przek³adni i mas¹ pojazdu. Ja-kakolwiek istotna próba zmiany technologii nie mo¿e ogra-niczaæ siê tylko do silnika (typowy przyk³ad: zmniejszenie ge na typowym obci¹¿eniu czêciowym: n = 2000 obr/min i
pe = 2 bar), ale musi opieraæ siê na kompletnym
przeprojek-towaniu silnika, skrzyni biegów i pojazdu z uwzglêdnieniem warunków brzegowych. S¹ nimi zale¿noæ miêdzy zu¿yciem paliwa w tecie NEDC, a eksploatacj¹ rzeczywist¹, przy-jemnoæ z jazdy, lub koszty ograniczania emisji. Je¿eli pod-czas przejazdu wykorzystuje siê g³ównie pracê silnika w dolnym zakresie obci¹¿eñ (rys. 20), jako najefektywniejsze sposoby ograniczenia zu¿ycia paliwa wymieniæ mo¿na: spa-lanie ³adunku uwarstwionego, bezkrzywkowy napêd zawo-rów (elektrohydrauliczny z wy³¹czaniem pracy cylindzawo-rów), jak równie¿ downsizing/downrating.
Wraz ze zmian¹ profilu drogi, czyli zmian¹ warunków pracy silnika w kierunku wiêkszych obci¹¿eñ, zmieniaj¹ siê istotnie poprzednie relacje (np. stosunkowo ma³y silnik w ciê¿kim samochodzie lub schemat prze³o¿eñ nastawiony na zmniejszenie zu¿ycia paliwa). Uzyskane ró¿nice w warto-ciach zu¿ycia paliwa przez zastosowanie innych
rozwi¹-zañ staj¹ siê mniejsze. Ze wzglêdu na niski koszt, obiecuj¹-ce jest rozwi¹zaniem w postaci po³¹czenia zmiennych faz rozrz¹du ze zmiennym ruchem ³adunku. Z kolei spalanie ³adunku uwarstwionego cechuje siê gorszym stosunkiem efektu do poniesionego kosztu. Sporód kosztownych spo-sobów ograniczania zu¿ycia najwiêksze mo¿liwoci tkwi¹ w mechanizmie elektrohydraulicznym napêdu zaworów. Koncepcja downsizingu/downratingu charakteryzuje siê tak-¿e bardzo dobrym stosunkiem uzyskanego zmniejszenia zu¿ycia paliwa, zwiêkszonego zadowolenia z jazdy oraz wiêkszego kosztu, równie¿ przy wiêkszych obci¹¿eniach.
Z punktu widzenia wielokierunkowych efektów istotne s¹ takie rozwi¹zania technologiczne, które nie tylko gwa-rantuj¹ najlepszy mo¿liwy stosunek zmniejszonego zu¿ycia paliwa do poniesionych kosztów, ale takie które jednocze-nie zapewniaj¹ efekt synergii. Mo¿na tu wymieniæ: zmniejszenie kosztu nowych technologii bez uszczerbku
dla funkcjonalnoci,
wzrost efektywnoci (sprawnoci) przy niezmienionym koszcie.
Zmienny ruch ³adunku
Zmienny ruch ³adunku pierwszej generacji opracowany w AVL pod nazw¹ CBR (Controlled Burn Rate) (rys. 22), wszed³ do produkcji masowej w 2002 r. G³ównym celem by³o zmniejszenie zu¿ycia paliwa na obci¹¿eniach czêcio-wych, dziêki poprawie stabilnoci spalania i przez to wiêk-szej tolerancji na stopieñ recyrkulacji spalin. Oprócz zmniej-szenia zu¿ycia paliwa o 45% zarówno w tecie NEDC, jak w testach drogowych, osi¹gniêto dodatkowe korzyci: m.in.
mission, and vehicle weight. Any meaningful assessment of the technology cannot therefore be based purely on the en-gine (a typical example being: BSFC improvement at the typical part load reference point 2000 rpm 2 bar), but can only be based on a total evaluation of engine, transmission and vehicle taking into account peripheral conditions, such as trade-off between NEDC/customer fuel consumption, driving pleasure and emission-control costs.
If the load profile is mainly at low engine loads, Fig. 20, it is primarily stratified charge concepts, camshaft-less valve timing (electro-hydraulic with cylinder cut-off) as well as downsizing/downrating concepts which prove to be the most effective fuel consumption technologies.
Significantly changed relation-ships occur when the load profile is shifted towards higher loads (e.g. a small engine capacity with compara-tively heavy vehicle and/or consump-tion-oriented transmission layout), Fig. 21. The differences in consump-tion between the various technologies are then less significant. Due to the relatively low additional system costs, here the combination of cam-shaft phasing plus variable charge motion becomes highly attractive. Stratified charge concepts on the oth-er hand show a less favourable bene-fit/cost ratio. Of the costly consump-tion technologies, the electro-hy-draulic camshaft-less valve timing shows the greatest potential for im-provement and from which an attrac-tive cost efficiency can be expected. Downsizing/downrating concepts also show a very good ratio between reduced fuel consumption, increased fun to drive and additional system costs, also with higher load profiles.
Above all, of interest in terms of an effective multiple-benefit orientation are the technology elements that offer not only the best possible ratio between reduced consumption and additional costs, but also additional synergy effects. These can be used either:
to reduce the technology cost while retaining the same functionality,
to increase the efficiency at the same technology cost. Variable charge motion
The first generation of a variable charge motion system developed by AVL (CBR Controlled Burn Rate), Fig. 22 left, has been in mass production since 2002. The original target was to reduce the fuel consumption at part load by means of significantly improved combustion stability and therefore higher EGR tolerance. Apart from improved con-sumption of about 4-5% both in the NEDC test and in real customer driving, there is also additional added value from Rys. 22. Zmienny ruch ³adunku mo¿liwoci¹ zmniejszenia zu¿ycia paliwa
Rys. 23. Uproszczenie systemu wy³¹czanie cylindrów Fig. 23. System simplification port deactivation zwiêkszon¹ tolerancjê na opónienie zap³onu i wynikaj¹c¹
st¹d lepsz¹ strategiê rozgrzewania reaktora katalitycznego, które powodowa³y zmniejszenie emisji spalin. W zwi¹zku z tym niepotrzebny by³ dodatkowy system kszta³towania stru-mienia powietrza, a pokrycie reaktora katalitycznego metala-mi szlachetnymetala-mi mog³o ulec zmniejszeniu (redukcja kosztów). Zewnêtrzna recyrkulacja spalin do kolektora dolotowe-go wymaga odpowiedniej konstrukcji przewodów oraz dla lepszych w³aciwoci dynamicznych systemu indywidu-alnego rozdzia³u do cylindrów. Systemy takie wymagaj¹ po-nadto szczególnej uwagi odnonie odpornoci na zanieczysz-czenia. Na rysunku 22 (czêæ rodkowa) pokazano system EGR drugiej generacji, polegaj¹cy na wewnêtrznej recyr-kulacji z wykorzystaniem uk³adu zmiennych faz rozrz¹du. Wykorzystuj¹c odpowiedni¹ mo¿liwoæ zmniejsza siê nie-bezpieczeñstwo zanieczyszczenia kolektora dolotowego. Po-jedynczy zawór ze wspó³pracuj¹cym mechanizmem mo¿na zast¹piæ znacznie tañszym suwakiem plastikowym, który mo¿e byæ zastosowany w systemie zmiennego ruchu ³adun-ku (rys. 23). Dodatkowe zmniejszenie zu¿ycia paliwa rzêdu 12% osi¹gn¹æ mo¿na stosuj¹c przestawiacz krzywki roz-rz¹du (odwrotny cykl Millera).
Kolejnym rozwi¹zaniem upraszczaj¹cym system spala-nia bêdzie w przysz³oci modulowanie ruchu ³adunku za po-moc¹ przep³ywu spalin (EGR), a nie przez zewnêtrzny za-wór steruj¹cy jest to trzecia generacja uk³adu CBR (prawa czêæ rys. 22).
W przypadku sterowania sk³adem ³adunku za pomoc¹ zmian ustawienia krzywki i pobierania spalin z uk³adu wy-lotowego, zawirowanie wie¿ego ³adunku spowodowane kszta³tem przewodów dolotowych, jest wzmocnione ruchem dop³ywaj¹cych spalin. Dodatkowy koszt potrzebny na zre-alizowanie zmiennego ruchu ³adunku ogranicza siê w ten sposób do zastosowania przes³ony na zaworze wylotowym (g³owica z 2 zaworami na cylinder) lub asymetryczny wznios zaworów wylotowych w przypadku g³owicy silnika 4-za-worowego. Jest to uproszczone rozwi¹zanie, które niewy-korzystuje w pe³ni zmniejszenia zu¿ycia paliwa, jakie mo¿-na osi¹gn¹æ przez konwencjomo¿-nalne wy³¹czenie cylindra, to jednak dodatkowy koszt jego wprowadzenia uleg³ zasadni-czemu zmniejszeniu.
Homogeniczny wtrysk bezporedni
Zasadniczym powodem stosowania homogenicznego wtrysku bezporedniego by³a pocz¹tkowo mniejsza sk³on-noæ do spalania stukowego i wiêksza sprawsk³on-noæ w porów-naniu z wtryskiem do kana³u dolotowego. Dziêki temu mo¿-liwe by³o jednoczesne zwiêkszenie stopnia sprê¿ania i osi¹gniêcie wiêkszego cinienia efektywnego na pe³nym ob-ci¹¿eniu. Podobnie jak w przypadku zmiennego ruchu ³adun-ku, tak¿e uzyskano korzyæ w postaci zmniejszenia emisji zwi¹zków toksycznych. Emisja wêglowodorów mo¿e byæ znacznie zmniejszona za pomoc¹ dwuetapowego wtrysku paliwa w po³¹czeniu z odpowiednim kszta³tem denka t³oka, sterowaniem zaworami oraz zastosowaniem ulepszonego rozgrzewania reaktora katalitycznego. Mo¿liwe jest pomi-niêcie wtrysku powietrza dodatkowego do kana³u wyloto-wego, a jednoczenie zmniejszenie iloci katalizatora
sub-the simultaneously improved ignition retard tolerance, and therefore better catalyst heating strategies, plus reduced en-gine out emissions. Thus no secondary air system is neces-sary and/or the precious metal coating of the catalyst can be reduced, which results in a highly attractive cost balance sheet.
The external exhaust recirculation into the manifold re-quires appropriate piping and, for good dynamic behaviour, a cylinder-individual distribution system. Furthermore, at-tention also has to be paid in particular to good resistance to soiling. The change to an internal exhaust recirculation sys-tem controlled by camshaft phasing CBR generation 2, Fig. 22 middle with the appropriate operating strategy,
re-duces the risk of soiling in the manifold to the extent that instead of the costly single valves with the respective cou-pling mechanisms, a much more robust and less expensive plastic slider can be used for variable charge motion, Fig. 23. The control strategies that are possible with the cam phaser (Reverse Miller Cycle) offer an additional improve-ment in fuel consumption of 12%.
The next step in simplifying the system in future will be to modulate the charge motion by the EGR mass flow itself and not by an externally controlled port deactivation de-vice, CBR Generation 3, Fig. 22 right. With the residual gas control by camshaft phasers and re-breathing exhaust gas from the exhaust port, the intake-generated basic charge motion is reinforced by an additional charge motion initiat-ed by the re-inducinitiat-ed exhaust gas. The extra cost requirinitiat-ed for the variable charge motion is therefore reduced to a spe-cial outlet valve masking (2-valve engine) and also asym-metric lift profiles of the exhaust cam in a 4-valve engine. Although this significantly simplified system does not quite achieve the fuel consumption potential of conventional port deactivation, the additional costs and system complexity are drastically reduced.
Homogeneous direct injection
The main reason for using homogeneous direct injection was originally the more favourable knock behaviour and
stancji czynnych w reaktorze katalitycznym, co stanowi zmniejszenie dodatkowego kosztu zastosowania bezpored-niego wtrysku paliwa. Po³¹czenie uk³adu przestawiania faz rozrz¹du i turbodo³adowania z systemem wtrysku bezpo-redniego, stwarza dodatkowe korzyci: zmniejsza siê wra¿-liwoæ na spalanie stukowe pod znacznie wiêkszym obci¹-¿eniem, szczególnie na niskich prêdkociach obrotowych w znacznie wiêkszym zakresie ni¿ w silnikach z wtryskiem konwencjonalnym (por. rys. 24).
Ponadto mo¿e byæ wykorzystany efekt przep³ukania do zwiêkszenia wartoci momentu obrotowego na ma³ych prêd-kociach w znacznie wiêkszym zakresie w przypadku silni-ków do³adowanych ni¿ wolnoss¹cych. Zastosowanie wiêk-szego stopnia sprê¿ania pozwala na istotne obni¿enie zu¿ycia paliwa na obci¹¿eniach czêciowych. Wiêksza odpornoæ na spalanie stukowe zmniejsza zapotrzebowanie na wzbo-gacenie mieszanki, co równie¿ wp³ywa na mniejsze zu¿ycie paliwa w warunkach pe³nego obci¹¿enia. Mo¿liwe do
za-stosowania strategie wtrysku bezporedniego polepszaj¹ przebieg momentu obrotowego na niskich prêdkociach ob-rotowych i w³aciwoci dynamiczne silnika, a przede wszyst-kim obni¿aj¹ emisjê wêglowodorów i czas rozgrzewania re-aktora katalitycznego.
Wykorzystuj¹c przedstawione mo¿liwoci, po³¹czenie tych technologii stanowi podstawê do obni¿enia wymiarów i zwiêkszenia osi¹gów silników (downzisingu/downratingu), które oprócz redukcji zu¿ycia paliwa pozwala na zauwa¿al-ny wzrostu wartoci momentu obrotowego, szczególnie przy ma³ej prêdkoci jazdy.
3. Podsumowanie
Dzisiejszy rynek samochodów osobowych wymaga roz-woju zdefiniowanej, ukierunkowanej na wielostronne ko-rzyci technologii. Analiza kosztu pocz¹tkowego i kosztów
volumetric efficiency at full load compared to manifold in-jection. With it, it was possible to increase both the com-pression ratio and full load BMEP. As with the variable charge motion, here too there is a multiple benefit effect in terms of reduced emissions. The HC engine out emission can be drastically reduced by means of double injection in conjunction with appropriate piston geometries and valve timing, and improved catalyst heating strategies can be ap-plied. Omission of the secondary air or the variable charge motion which is then possible, and a reduced catalyst pre-cious metal coating reduce the extra costs of direct injec-tion.
Especially in conjunction with camshaft phasers and tur-bocharging, direct injection offers additional added value effects. Advantage of its improved knock behaviour can be taken to a much greater extent than with naturally aspirated engines, at significantly higher full-load BMEP, in particu-lar at low engine speeds, Fig. 24. Moreover the scavenging effect can be used to raise the torque at low speed to a greater extent in tur-bocharged engines than in naturally aspirated engines when the purging of fuel is reduced with the help of the direct injection. The higher compres-sion ratio that is possible provides a significant improvement in part load fuel consumption. The better knock behaviour reduces the enrichment re-quirement and therefore the fuel con-sumption at full load. The injection strategies that can be implemented with direct injection not only improve the torque at low speeds but also the dynamic response and, above all, the HC engine out emissions and cata-lyst heating strategies. That way, in conjunction with turbocharging, tough emission limits can also be achieved at acceptable system costs. Making specific use of these mul-tiple-benefit effects, this kind of tech-nology combination represents the perfect basis for down-sizing/downrating concepts which, in addition to a double-figure reduction in fuel consumption, also offer sig-nificantly increased torque, especially at low speeds, and are therefore more fun to drive.
3. Summary
The market today for passenger cars demands clearly defined, multiple-benefit oriented technology development. Early cost and added value analysis is already a widely used standard. It should not be restricted to the engine alone, how-ever, and must take into account the entire system consist-ing of engine, transmission and vehicle. Attention must there-by be paid to the different development focuses of the combustion engines lower emissions for diesel engines -lower fuel consumption and improved fun to drive for gaso-Rys. 24. Charakterystyka pe³nej mocy turbodo³adowanego silnika benzynowego
dodatkowych jest obecnie szeroko stosowanym rozwi¹za-niem. Jednak nie mo¿e ono ograniczaæ siê jedynie do silni-ka, ale musi uwzglêdniaæ ca³y system, a wiêc silnik, prze-k³adniê i pojazd. Nale¿y wiêc skupiæ uwagê na ró¿nych celach rozwoju silników: na zmniejszeniu emisji spalin sil-ników ZS i obni¿eniu zu¿ycia paliwa oraz polepszeniu w³a-ciwoci jezdnych silników ZI. Wynikaj¹cy st¹d kierunek osi¹gniêcia korzyci wymaga rozwoju technologii, która zapewni mo¿liwie najlepsz¹ równowagê miêdzy dodatkowy-mi kosztadodatkowy-mi i zmniejszonym zu¿yciem paliwa i/lub edodatkowy-misji.
Zastosowanie optymalnych prze³o¿eñ dla ka¿dego przy-padku umo¿liwi poprawê w³aciwoci jezdnych, komfortu a tak¿e w niektórych przypadkach zu¿ycia paliwa i emi-sji, lecz samo w sobie nie spe³ni wymagañ odnonie zu¿ycia paliwa i emisji. Tak wiêc rozwój technologii obni¿ania zu-¿ycia paliwa musi skupiæ siê na silniku.
Hybrydyzacja stanowi efektywny sposób na równocze-sne obni¿enie emisji i zu¿ycia paliwa a tak¿e poprawê w³a-ciwoci jezdnych. Uzyskana oszczêdnoæ szczególnie zmniejszenie zu¿ycia paliwa mimo wszystko w znacznym stopniu zale¿y od stylu jazdy kierowcy i profilu drogi.
Emisja spalin silników ZS mo¿e byæ wyranie zmniej-szona, a obecne osi¹gniêcia w tej dziedzinie umo¿liwiaj¹ nie tylko jej utrzymanie, ale równie¿ znaczne zmniejszenie. Dobrym przyk³adem jest zastosowanie turbodo³adowania i sterowanie procesem spalania. Turbodo³adowanie dwustop-niowe o ci¹g³ej regulacji zapewnia nie tylko du¿¹ spraw-noæ na obci¹¿eniach znamionowych, ale równie¿ stanowi kompromis pomiêdzy emisj¹ tlenków azotu i cz¹stek sta-³ych. Równoczenie mo¿liwa jest poprawa w³aciwoci jezd-nych i zmniejszenia zu¿ycia paliwa zale¿nie od zastoso-wanego rodzaju do³adowania. Z kolei sterowanie procesem spalania na podstawie pomiaru cinienia w cylindrze stano-wi przede wszystkim podstawê realizacji procesu spalania ukierunkowanego na zmniejszenie emisji, ale jednoczenie powoduje zmniejszenie wymagañ odnonie tolerancji zwi¹-zanej z normami zanieczyszczeñ i w znacznej mierze po-zwala na poprawê sterowania.
Istotne z punktu widzenia klienta, zalety ró¿nych tech-nologii silników ZI nastawione na zmniejszenie zu¿ycia pa-liwa, zale¿¹ w znacznym stopniu od profilu drogi, a wiêc tak¿e od charakterystyki zespo³u silnikprzek³adniapojazd. Wymagania rynku silnie wymuszaj¹ rozwój technologii na-kierowanej na wielostronne korzyci. Bêd¹ one decydowa-³y, która z alternatyw bêdzie wybrana: utrzymanie takiej sa-mej funkcjonalnoci przy zmniejszonym wysi³ku i czasie, a przez to równie¿ koszcie (np. zmienny ruch ³adunku), lub wzrost sprawnoci silnika z zachowaniem wysi³ku technicz-nego (np. homogeniczny wtrysk bezporedni wraz z turbo-do³adowaniem).
Rozwi¹zanie doskona³e, czyli jeden optymalny zespó³ napêdowy do wszystkich zastosowañ, obecnie jest rozwi¹-zaniem nie do osi¹gniêcia. Analizuj¹c ró¿ne technologie na-le¿y mieæ na wzglêdzie, ¿e nie mog¹ one skupiaæ siê na po-jedynczym celu, lecz powinny mo¿liwie wielostronnie spe³niaæ oczekiwania klienta przez inteligentne po³¹czenie synergii i korzyci.
line engines. Consequent multiple-benefit orientation there-fore requires technology developments which not only offer the best possible balance between additional costs and re-duced fuel consumption and/or emissions but also addition-al advantages.
The use of the optimum transmission for each applica-tion makes it possible to improve driveability, comfort and also, at specific points, fuel consumption and emissions, but cannot alone enable extreme emission and consumption re-quirements to be met. Development therefore has to focus on the engine.
Hybridisation offers an effective way of improving emis-sions and fuel consumption at the same time as driving plea-sure. The added value to the customer - in particular with regard to fuel consumption - nevertheless depends to a large extent on the driving profile.
The emissions of the diesel engine can be improved sig-nificantly, whereby its current advantages cannot only be retained, but further improved. Turbocharging and combus-tion control are good examples. Two-stage, continuously controlled turbocharging offers not only the highest full-load potential but also improves the NOx/soot trade-off. At the
same time driving pleasure is increased and reduced fuel consumption is possible depending on the turbocharging strategy used. Cylinder pressure-based combustion control on the other hand is primarily the basis for emission-orient-ed alternative combustion processes, and at the same time eases the demanding tolerance problems associated with low emission limits and also makes it possible to improve the control functions significantly.
The customer-relevant fuel consumption advantages of various gasoline engine technologies depend heavily on the load profile and therefore the engine/transmission/vehicle combination. This partly explains the wide diversification in technologies used. This will remain the case in the future, even if not so extreme. Market demands will strongly influ-ence multiple-benefit oriented technology development. They will, in fact, determine which of the alternative, name-ly achieving the same functionality with reduced time and effort, and thus costs (e.g. variable charge motion) or by in-creasing engine efficiency with the same technical effort (e.g. homogeneous direct injection in particular in combination with turbocharging) will be chosen.
The perfect solution one single optimal powertrain for all applications is not yet in sight. When developing dif-ferent technologies, however, one maxim applies - they must not be focused on single goals, but aimed at holistically maximising customer benefits through the intelligent exploi-tation of synergy and multiple benefit effects.
Dr Peter L. Herzog wicedyrektor Dzia³u Silników ZS, Zespo³y napêdowe samochodów osobowych, AVL Graz, Austria.
Mr Peter L. Herzog, Dr. Deputy Vice President, Pro-duct Line Diesel Engines, Powertrain Systems Passen-ger Cars, AVL Graz, Austria.
BMEP rednie cinienie efektywne/break mean effective pressure BSFC jednostkowe zu¿ycie paliwa/break specific fuel
consump-tion
CA k¹t obrotu wa³u korbowego/crank angle CAN magistrala danych/control area network
CBR system o sterowanej prêdkoci spalania firmy AVL/con-trolled burn rate
DeNOx reduktor katalityczny tlenków azotu
Downsizing zmniejszenie g³ównych wymiarów przy zachowa-niu mocy u¿ytecznej
Downrating zmniejszenie prêdkoci obrotowej przy zachowa-niu mocu u¿ytecznej
DPF filtr cz¹stek sta³ych/diesel particle filter EGR recyrkulacja spalin/exhaust gas recirculation
EMS jednostka steruj¹ca silnika/electronic management system FC zu¿ycie paliwa/fuel consumption
GDI bezporedni wtrysk paliwa do silników ZI/gasoline direct injection (Mitsubishi)
HC wêglowodory/hydrocarbons
HSDI szybkoobrotowy silnik o wtrysku bezporendim/high spe-ed direct injection
Literatura/Bibliography
[1] Weißbäck M., Csato J., Glensvig M., Sams T., Herzog P.: Al-ternative Brennverfahren Ein Ansatz für den zukünftigen PKW Dieselmotor (Alternative Combustion Processes An Approach for Future Passenger Car Diesel Engines), MTZ 9/2003.
[2] Bürgler L., Cartus T., Herzog P., Neunteufl K., Weißbäck M.: Brennverfahren, Abgasnachbehandlung, Regelung Kerne-lemente der motorischen HSDI Diesel Emissionsentwicklung (Combustion Processes, Exhaust Gas Aftertreatment, Control Core Elements of HSDI Diesel Emission Development). Aachener Colloquium, October 2004.
[3] Neunteufl K., Unger E. M., Bürgler L., Herzog P. L.: Closed Loop Combustion Control a Prerequisite for Alternative Diesel Combustion? Le Diesel: Aujourdhui et Demain, SIA, Lyon, 2004.
[4] Hülser H., Neunteufl K., Unger E.M., Breitegger B.: Eine zylinderdruckbasierte Motorregelung für niedrigste Emissio-nen beim Dieselmotor (Cylinder Pressure-based Engine Con-trol for Extremely Low Emissions in Diesel Engines), IAV GmbH 5th Symposium Powertrain Control Systems for Motor Vehicles, Berlin.
[5] Klell M., Jauk T., Schutting E., Wimmer A., Eichlseder H., Schneider R.: Sensorik für die verbrennungsgeführte Motor-regelung bei alternativen Dieselbrennverfahren (Sensors for
Dr Günter K. Fraidl wicedyrektor Dzia³u Silników Benzynowych, Zespo³y napêdowe samochodów osobo-wych, AVL Graz, Austria.
Mr Günter K. Fraidl, Dr. Deputy Vice President, Ga-soline Engines, Powertrain Systems Passenger Cars, AVL, Graz, Austria.
IMEP rednie cinienie u¿yteczne/indicated mean effective pres-sure
MPI wielopunktowy wtrysk paliwa/multi-point injection MT skrzynia biegów sterowana rêcznie/manual transmission NA silnik wolnoss¹cy/natural aspired
NEDC europejski test jezdny/new european driving cycle NON tlenki azotu
NTE test nieprzekraczania wartoci emisji/not to exceed OBD system diagnostyki pok³adowej/on-board diagnostic OEM organizacja sprzedaj¹ca produkty wytworzone przez inne
firmy/original equipment manufacturer
SCR selektywna redukcja katalityczna/selective catalytic reduc-tion
SOE pocz¹tek wydzielania siê (dostarczania) energii/start of energising
TC turbodo³adowanie/turbocharging
TCI turbodo³adowanie z ch³odzeniem powietrza do³adowane-go/turbocharging and intercooling
VTG turbina o zmiennej geometrii/variable turbine geometry VNT turbina o zmiennej geometrii ³opatek kierownicy/variable
nozzle turbine
Combustion-guided Engine Control with Alternative Diesel Combustion Processes), VDI/VDE Congress Vehicle and En-gine Control Systems AUTOREG, Wiesloch, 2004. [6] Enderle C., Nolte A., Paule M., Duvinage F.: Der
PKW-Die-selmotor im Spannungsfeld der Emissionsgesetzgebung (Pas-senger Car Diesel Engines Confronted with the Emissions Legislation), 2nd Emission Control, Dresden, 2004. [7] Kapus P., Denger D., Holland T.: Intelligent Simplification
Ways Towards Improved Fuel Economy, SAE 2002-01-0236. [8] Denger, D., Mischker, K.: The Electro-Hydraulic Valvetrain System EHVS System and Potential, SAE 2005-01-0774. [9] Piock G. Fraidl W.: Ottodirekteinspritzung ohne Denox-Kat?
23. Internationales Wiener Motorensymposium, April 2002. [10] Piock W., Fraidl K.G.: Gasoline Direct Injection Quo
Va-dis? FISITA 2002, F02V096.
[11] Fiorenza R., Pirelli M., Torella E., Kapus P., Kokalj G., Le-benbauer M.: VVT+Port Deactivation Application on a Small Displacement SI 4 Cylinder 16V Engine: An Effective Way to Reduce Vehicle Fuel Consumption; SAE 2003-01-0020. [12] Fraidl G., Kapus P., Piock W.: Otto-Direkt-einspritzung mit
Aufladung Die Konkurrenz zu dieselmotorischen Antrie-ben? 26. Internationales Wiener Motorensymposium, April 2005.
