Untersuchung der Ursachen des vereinzelt auftretenden Phänomens klopfender Verbrennung mit extrem hohen Druckamplituden (Extremklopfer)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Spicher
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5432735

Heutige Ottomotoren zeigen vermutlich aufgrund ihrer starken Systemausreizung in der Volllast bei hohen Drehzahlen ein spezielles Klopfverhalten. Dieses Phänomen charakterisiert sich durch stochastisch extrem klopfende Arbeitsspiele mit schadensrelevanten Druckamplituden. Dabei zeigt sich bei der AKR (Anti-Klopf-Regelung) nahe der Klopfgrenze mit Vorverstellung der Zündung keine kontinuierlich zunehmende Klopfintensität mit überlagerten hochfrequenten Druckamplituden. Vielmehr zeigen sich bereits an der Klopfgrenze vereinzelt auftretende "Extremklopfer" mit Amplituden, die um ein Vielfaches höher liegen als die Druckamplituden bei normal klopfender Verbrennung. Dieses Verhalten einzelner Arbeitsspiele kündigt sich in keiner Weise in vorhergehenden Arbeitsspielen an, unabhängig davon, ob der Motor mit konstantem Zündwinkel oder mit AKR betrieben wird. Des weiteren tritt dieses Phänomen unabhängig vom Gemischbildungsverfahren sowohl bei Saugmotoren und aufgeladenen Motoren mit äußerer Gemischbildung als auch bei Motoren mit innerer Gemischbildung auf und stellt somit ein grundsätzliches Problem bei Ottomotoren dar. Aufgrund der geschilderten Problematik können ereignisgesteuerte Klopfregelungssysteme, wie sie heute standardisiert Anwendung finden, erst nach Auftreten dieses Ereignisses mit einer Spätverstellung des Zündwinkels reagieren. Da sich dieses Motorverhalten in einem engen Zündwinkelband an der Klopfgrenze zeigt und Klopfregelsysteme an der Klopfgrenze ausgelegt werden, kann ein leistungs- und verbrauchsoptimaler Betrieb ohne Gefahr der plötzlichen Motorzerstörung durch Extremklopfer nicht realisiert werden. Um das Potenzial zur Effizienzsteigerung heutiger und zukünftiger Motorengenerationen erschließen zu können, ist es daher notwendig, Ansätze zur Vermeidung dieser Extremklopfer mittels einer systematischen Ursachenanalyse zu erarbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen