Advertisement

Design features which influence pollutant emissions and fuel consumption in four-stroke engines

  • Fred Schäfer
  • Richard van Basshuysen

Abstract

The efficiency of an internal-combustion engine and, hence, its specific fuel consumption are largely dependent on the process characteristics of each cycle. As the internal-combustion process in the engine cannot really be described accurately by computation, comparison processes and descriptions of part systems are required. These comparison processes allow basic statements to be made e.g. on the effect that the air/fuel ratio or the compression ratio has on efficiency. Although the chemical transformation of the process matter during the combustion process is taken into account in this type of process control (e.g. ideal-engine process), the statements on pollutant behavior and/or fuel consumption will only reveal basic trends. This is due to the required simplification of boundary conditions of such processes, e.g. parameters such as isentropic compression and expansion, combustion products in chemical equilibrium and heat-sealed walls. In many cases, these conditions are far removed from the real-life processes occurring in an engine. Comparison processes are therefore not dealt with further in this study.

Keywords

Fuel Consumption Diesel Engine Combustion Chamber Compression Ratio Engine Speed 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. [3.1]
    Bender, K.H.; Ederer, G.; Frerk, J.; Kramer, F.: Der neue BMW Vierzylinder Vierventilmotor, MTZ 50 (1989) 9Google Scholar
  2. [3.2]
    Miculic, A.; Quissek, F.; Fraidl, G.K.: Sequentielle Einspritzstrategien für verbrauchsoptimierte Ottomotorenkonzepte, MTZ 51 (1990) 7/8Google Scholar
  3. [3.3]
    N.N.: Bosch Technische Unterrichtungen, Abgastechnik für Ottomotoren, StuttgartGoogle Scholar
  4. [3.4]
    Grohn, M.; Modrich, W.: Nockenwellenversteller von Mercedes-Benz, Automobilrevue Nr. 45/2, Nov. 1989Google Scholar
  5. [3.5]
    Gruden, D.; Brackert, T.F.; Höchsmann, G.: Motorinterne Maßnahmen zur Minderung der Abgas-Emissionen, VDI-Berichte Nr. 531Google Scholar
  6. [3.6]
    Basshuysen, R.v.; Stock, D.; Bauder, R.: Audi Turbodieselmotor mit Direkteinspritzung, Teil 3, MTZ 50 (1989) 12Google Scholar
  7. [3.7]
    Larrie, A.; Richeson, W.E.; Erickson, F.L: Performance Evaluation of a Camless Engine Using Valve Actuators with Programmable Timing, SAE 910450, 1991Google Scholar
  8. [3.8]
    Hiemesch, O.; Lonkai, G.; Scheukermayer, G.: Das BMW Abgasreinigungskonzept für Dieselmodelle, MTZ 51 (1990) 2Google Scholar
  9. [3.9]
    Pischinger, F.; Schulte, H.; Jansen, J.: Grundlagen und Entwicklungslinien der dieselmotorischen Brennverfahren, VDI Berichte Nr. 714, 1988Google Scholar
  10. [3.10]
    Abthoff, J.; Fortnagel, M.; Krämer, M.: Das direkteinspritzende Brennverfahren in seiner Eignung als Antrieb für Personenkraftwagen, MTZ 49 (1988) 9Google Scholar
  11. [3.11]
    Henning, H.: Der Mercedes-Benz “Diesel 89” — Eine Alternative zum geregelten Katalysator, ATZ 91 (1989) 4Google Scholar
  12. [3.12]
    Emmenthal, K.D.; Grabe, H.J.; Oppermann, W.; Schäpertöns, H.: Motor mit Benzin-Direkteinspritzung und Verdampfungskühlung für das VW Forschungsauto IRVW-Futura, MTZ 50 (1989) 9Google Scholar
  13. [3.13]
    Seifert, U.: Entwicklungsmöglichkeiten des Dieselmotors, Maschinenwelt Elektrotechnik, Jg.44 Heft 6/7, 1989Google Scholar
  14. [3.14]
    N.N.: Rußminderung bei Wirbelkammer-Dieselmotoren ohne Sekundärmaßnahmen, Adam Opel AG, Rüsselsheim, 1990Google Scholar
  15. [3.15]
    Ebbinghaus, W.; Müller, E.; Neyer, D.: Der neue 1, 9-Liter-Dieselmotor von VW, MTZ 50 (1989) 12Google Scholar
  16. [3.16]
    Basshuysen, R.v.; Stock, D.; Bauder, R.: Audi Turbodieselmotor mit Direkteinspritzung, Teil 1, MTZ 50 (1989) 10Google Scholar
  17. [3.17]
    Basshuysen, R.v.; Steinwart, J.; Stähle, H.; Bauder, A.: Audi Turbodieselmotor mit Direkteinspritzung, Teil 2, MTZ 50 (1989) 12Google Scholar
  18. [3.18]
    Basshuysen, R.v.; Stock, D.; Bauder, R.: Audi Turbodieselmotor mit Direkteinspritzung, Teil 3, MTZ 51 (1990) 1Google Scholar
  19. [3.19]
    Basshuysen, R.v.; Kuipers, G.; Hollerweger, H.: Akustik des Audi 100 mit direkteinspritzendem Turbo-Dieselmotor, ATZ 92 (1990) 1Google Scholar
  20. [3.20]
    Demel, H.; Stock, D.; Bauder, R.: Audi Turbodieselmotor mit Direkteinspritzung — schadstoffarm nach Anlage 23, MTZ 52 (1991) 9Google Scholar
  21. [3.21]
    Pischinger, F.: Entwicklungsrichtungen in der Motorentechnik für 2001, 12. Internationales Wiener Motorensymposium, Wien, 1991Google Scholar
  22. [3.22]
    Bürgler, L.; Herzog, P.; Zelenka, P.: Entwicklungsfortschritte bei PKW-Dieselmotoren zur Erfüllung zukünftiger Emissionanforderungen, 12. Internationales Motorensymposium, Wien, 1991Google Scholar
  23. [3.23]
    Schneider, H.: Auto und Umwelt, Perspektiven für das Jahr 2000, ATZ 93 (1991) Teil 1Google Scholar
  24. [3.24]
    Stojek, D.; Stiworok, A.: Valve timing with variable overlap, ISATA 1983, Vol., Paper 82071Google Scholar
  25. [3.25]
    Schäfer, F.; Hanibal, W.: Die Konstruktion einer Nockenwellenverstelleinrichtung an einem Fünfzylinder Fünfventil-Motor, unveröffentlichter Statusbericht Fa. Audi, Neckarsulm, 1989Google Scholar
  26. [3.26]
    Fersen, v.O.: Sauber-und Sparmotor von Honda, Automobil Revue, Nr. 34/15, 1991Google Scholar
  27. [3.27]
    Kreuter, P; Gand, B.; Bick, W.: Beeinflußbarkeit des Teillastverhaltens von Ottomotoren durch das Verdichtungsverhältnis bei unterschiedlichen Hub-Bohrungs-Verhältnissen, 2. Aachener Kolloquium Fahrzeug-und Motorentechnik, 1989Google Scholar
  28. [3.28]
    Gand, B.: Einfluß des Hub-Bohrungs-Verhältnisses auf den Prozeßverlauf des Ottomotors, Diss. RWTH Aachen, 1986Google Scholar
  29. [3.29]
    Klein, H.: Aufwendiges Magermotor-Management, Automobil Revue Nr. 45/3 Nov. 1988Google Scholar
  30. [3.30]
    N.N.: Automotive fuel economy. How far should we go?, National Academy Press, Washington, D.C., 1992Google Scholar
  31. [3.31]
    Müller, E.; Mutke, H.; Neyer, D.: Der 1, 9-1 Dieselmotor mit Oxidationskatalysator für den VW-Passat, MTZ 52 (1991) 10Google Scholar
  32. [3.32]
    Brandstetter, W.; Lawrence, P.C.; Hansen, J.: Die Dieselmotoren-Familie mit 1, 8 1 von Ford, MTZ 52 (1991) 9Google Scholar
  33. [3.33]
    Rhode, W.; Gökesme, S.; Liang, J.R.; Schmitt, J.L.: Der neue direkteinspritzende Dieselmotor von Volkswagen, 3. Aachener Kolloquium Fahrzeug-und Motorentechnik, 1991Google Scholar
  34. [3.34]
    Tippelman, G.: A New Method of Investigation of Swirl Ports, SAE 770404 (1977)Google Scholar
  35. [3.35]
    Pischinger, F.: Gedanken über den Automobilmotor von morgen, Vortrag VW-AG, Juli 1990Google Scholar
  36. [3.36]
    Bick, W.: Einflüsse geometrischer Grunddaten auf den Arbeitsprozßß des Ottomotors bei verschiedenen Hub-Bohrungs-Verhältnissen, Diss. RWTH Aachen, 1990Google Scholar
  37. [3.37]
    Bonse, B.: Einspritzausrüstung für zukünftige PKW-Dieselmotoren, Haus der Technik, Essen, 1991Google Scholar
  38. [3.38]
    Ohm, I.; Ahn, H.; Lee, W,; Park, S.; Lee, D.: Development of HMC Axially Stratified Lean Combustion Engine, SAE 930879, 1993Google Scholar
  39. [3.39]
    Schatz, O.: Latentwärmespeicher für Kaltstartverbesserung von Kraftfahrzeugen, BWK Nr. 6, 1991Google Scholar
  40. [3.40]
    Gehringer, B.: Theoretische und praktische Entwicklung einer variablen Ventilsteuerung auf elektronisch-hydraulischer Basis; VDI-Bericht Nr. 95, Reihe 12, 1989Google Scholar
  41. [3.41]
    Hockel, K.L.; Langen, P.; Mallog, J.: Abgas-Emissionsreduzierung — eine Herausforderung für die Automobilindustrie, MTZ 53 (1992) 7/8Google Scholar
  42. [3.42]
    Fortnagel, M.; Moser, P.: Die Mercedes-Benz Dieselmotorenbaureihe für Personenkraftwagen mit Abgasrückführung und Oxidationskatalysator, MTZ 53 (1992) 1Google Scholar
  43. [3.43]
    N.N.: Federal Certification Test Results for 1991 Model Year, EPA, Washington, D.C., 1991Google Scholar
  44. [3.44]
    Pischinger, F.: Die Position des PKW-Dieselmotors als umweltverträglicher Antrieb, Studie, 1992Google Scholar
  45. [3.45]
    Horie, K; Nishizawa, K.: Development of a Four-Valve Lean Burn Engine with VTEC-Mechanism, 13. Wiener Motorensymposium, 1992Google Scholar
  46. [3.46]
    Ando, H.: Development of the MVV Engine Employing a Novel Lean Burn Concept, Barrel Stratification, 13. Wiener Motorensymposium, 1992Google Scholar
  47. [3.47]
    Katoh, K; Iguchi, S.; Okano, H.: Toyota Lean Burn Engine-Recent Development, 13. Wiener Motorensymposium, 1992Google Scholar
  48. [3.48]
    Abthoff, J.; Hüttebräucker, D.; Zahn, W.; Bockel, H.: Die neuen Vierventil-Ottomotoren für die mittlere Baureihe von Mercedes-Benz — Verbrennungs-und abgasseitige Entwicklung der Vierzylindermotoren, MTZ 53 (1992) 11Google Scholar
  49. [3.49]
    Moser, W. Lange, J, Schürz, W.: Einfluß der Gemischaufbereitungsqualität von Einspritzventilen auf den stationären und instationären Motorbetrieb, 13. Wiener Motorensymposium, 1992Google Scholar
  50. [3.50]
    Quang-Hue Vo; Oehling, K.H.: Untersuchungen an hydraulischen variablen Ventilsteuerungen, MTZ 52 (1991) 12Google Scholar
  51. [3.51]
    Mayr, B., Hofmann, R., Hartig, F., Hockel, K.: Möglichkeiten der Weiterentwicklung am Ottomotor zur Wirkungsgradverbesserung, ATZ 81 (1979) 6Google Scholar
  52. [3.52]
    Hara, S., Kumagai, K., Matsumoto, Y.: Application of a Valve Lift and Timing Control System to an Automotive Engine, SAE 890681, 1989Google Scholar
  53. [3.53]
    Urata, J.; Umiyama, H.; Shimizu, K; Fujiyoshi, Y; Sono, H.; Fukuo, K.: A Study of Vehicle Equipped with Non-Throttling S.I. Engine with Early Intake Valve Closing Mechanism, SAE 930820, 1993Google Scholar
  54. [3.54]
    Hatano, K.; Iida, K.; Higashi, H.; Murata, S.: Development of a New Multi-Mode Variable Valve Timing Engine, SAE 930878, 1993Google Scholar
  55. [3.55]
    Inoue, T.; Matsushita, S.; Nakanishi, K.; Okano, H.: Toyota Lean Combustion System-The Third Generation System, SAE 930873, 1993Google Scholar
  56. [3.56]
    Walzer, Adamis, Heinrich, Schumacher: Variable Steuerzeiten und variable Verdichtung beim Ottomotor, MTZ 47 (1986) 1Google Scholar
  57. [3.57]
    Bozung, A. G.; Fleischer, F.: Sercice experiences with different mothods of emission reduction on MAN B + W 4-stroke Diesel and Dual Fuel engines, CIMAC Conference April 1991, Paper 130(D)Google Scholar
  58. [3.58]
    Nagar, T; Kawahamd, M: Study into Reduction of NOx Emission in Medium-Speed Diesel Engines, Technical Papers ISME, Kohi’ 90Google Scholar
  59. [3.59]
    Wünsche, P.; Wojik, K.: AVL-LEADER, Die neue KKW Dieselgeneration konstruiert für niedrige Emissionen, 14. Int. Wiener Motorensymposium 5, 1993Google Scholar
  60. [3.60]
    Fraidl, G.K; Quissek, F.; Carstensen, H.: Verbrauchsoptimierte Ottomotorenkonzepte für zukünftige Emissionszenarien, 13. Int. Wiener Motorensymposium, VDI-Fortschrittberichte, Reihe 12, Nr. 167, S. 35 ff.Google Scholar
  61. [3.61]
    N.N.: New “Mivec” System. High Efficiency at all Engine Speeds for more Power and better Milage, News from Mitsubishi Motors, Sep. 1992Google Scholar
  62. [3.62]
    Basshuysen, R.v.: Zylinderabschaltung und Ausblenden einzelner Arbeitszyklen zur Kraftstoffersparnis und Schadstoffminderung, 14. Int. Wiener Motorensymposium 5, 1993Google Scholar
  63. [3.63]
    Wiedemann, B.; Millmann, M.; Scher, U.: ko-Polo-Antriebskonzept, VDI Berichte 714, 1988Google Scholar
  64. [3.64]
    Lenz, H.P.: Gemischbildung bei Ottomotoren. Die Verbrennungskraftmaschine, Band 6, Springer, Wien New York, 1990Google Scholar
  65. [3.65]
    Anisits, F.; Hiemesch, O.; Dabeistein, W.; Cooke, J.; Mariott, M.: Der Kraftstoffeinfluß auf die Abgasemissionen von PKW-Wirbelkammermotoren, MTZ 52 (1991) 5Google Scholar
  66. [3.66]
    Endres, H.; Krebs, R.: Stand und Entwicklungstendenzen bei Fahrzeug Ottomotoren, FVV-MotorentechnikGoogle Scholar
  67. [3.67]
    Gruden, D.: Die Motorenentwicklung im Spiegel der 10. Internationalen Wiener Motorensymposien, VDI-Fortschritt-Berichte, April 1989Google Scholar
  68. [3.68]
    Moser, F.X.: Kriterien und Potential der Vier-Ventil-Technik bei Nutzfahrzeug-Dieselmotoren, MTZ 50 (1989) 6Google Scholar
  69. [3.69]
    Hassel, D.; Weber, N.: Ermittlung des Abgasemissionsverhaltens von PKW in der Bundesrepublik Deutschland im Bezugsjahr 1988 (Zwischenbericht), Umweltbundesamt Texte 21/91, Berlin, 1991Google Scholar
  70. [3.70]
    Pucher, E.: Überprüfung von im Verkehr befindlichen Katalysatorfahrzeugen auf der Basis einer Luftverhältnisbestimmung aus dem Motorenabgas, VDI Fortschrittsberichte, Reihe 12, Nr. 121, 1989Google Scholar
  71. [3.71]
    Sander, R.: Hält der Kat? Vierjahresbilanz: 20 Autos im Dauertest, mot, Heft 2, 1991Google Scholar
  72. [3.72]
    Sauer, H.: Kat matt, Umwelt/Katalysator-Prüfung, Auto Motor Sport, Heft 6, 1990Google Scholar
  73. [3.73]
    Brosthaus, J.: Emissionen von Kraftfahrzeugen, TÜV Rheinland, Seminar “Verkehrsbedingte Immissionen in den Städten”, Haus der Technik, EssenGoogle Scholar
  74. [3.74]
    N.N.: Feldüberwachung der Abgasemissionen in der Bundesrepublik Deutschland, F + E Vorhaben, RWTÜV EssenGoogle Scholar
  75. [3.75]
    Pischinger, F.: Vorlesungsmanuskript TH Aachen, 1988Google Scholar
  76. [3.76]
    Cichocki, R.; Schweizer, F.: Entwicklungspotential des schnellaufenden PKW-Dieselmotors mit direkter Einspritzung, AVL-Vortrag Haus der Technik, 1992Google Scholar
  77. [3.77]
    Anisits, F.; Reibold, G.: Möglichkeiten zur Partikelbegrenzung bei PKW-Dieselmotoren, Automobil-Industrie, 6/89Google Scholar
  78. [3.78]
    Schäpertöns, H.; Emmenthal, K.D.; Grabe, J.; Oppermann, W.: Das Motorenkonzept des VW-Forschungsmotors, 2. Aachener Kolloquium Fahrzeug-und Motorentechnik, 1989, S. 51Google Scholar
  79. [3.79]
    Schulte, H.; Dürnholz, M.; Wübbeke, K.: Die Rolle des Einspritzsystems bei der Erfüllung zukünftiger Schadstoffemissionsgrenzwerte, 2. Aachener Kolloquium Fahrzeug-und Motortechnik, 1989, S. 303Google Scholar
  80. [3.80]
    Menne, J.; Königs, M.: Magerkonzepte — Eine Alternative zum Dreiwegekatalysator, MTZ 49 (1988) 10Google Scholar
  81. [3.81]
    Fraidl, K.G.; Quissek, F.; Carstensen, H.: Verbrauchsoptimierte Ottomotorkonzepte für zukünftige Emissionsszenarien, MTZ 54 (1993) 4Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Wien 1995

Authors and Affiliations

  • Fred Schäfer
    • 1
  • Richard van Basshuysen
    • 2
  1. 1.Fachhochschule IserlohnIserlohnFederal Republic of Germany
  2. 2.Bad WimpfenFederal Republic of Germany

Personalised recommendations