JM 1006
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`1
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`JM 1006
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`TOC
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`LIBJ'11B Hanna-uIf
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`B!
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`2
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`3
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`3. Dresclner Motnrenkalluqulum - 2u.:21. Mal 1999
`“Wage zur Erliiillung tier EUHD -I-Harm bel Hutztahrzeug-Dleselmuluren"
`
`KJJLUS BINDER I VDLKER SCI-IWARZ
`
`Anfurderungen an dle Elnsprlim.-chnulnglen zur Mlnderung -Ila-r Emisi-men
`belflflflfahneuadieselnmtnren - - - - - — - . . . . . . . .
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`RUDOLF MAIER I ULRICH 1'-‘RDJAI-IN I WOLFGANG ALBRECHT! ROGER. POTSC!-ILN ."
`KARSTEN STCIRBECK
`
`Uni: Injektor 1' Unit Pump - Efflziente Elnulpump-ensysteme mll Emhem Pulnnilal liir
`kflnrtlge Emisslunsrordrrungen . . . .
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`FRANZ Cl-IIVEELA IGERHARD URTTIABER
`St1'IhlErI£J*gJt.TurhiIlI.'n1 unit Ilretmrnte im dlrekteinsprnzenden Dieseimntur
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`ID
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`A. LELPERTZ I A. FATH I C. FETTES I C. HEIMGJ’-KRTNER
`
`Charnktrrlslerung des dflsennahrn Slrahlierfalls bel d-er dleselmutnrlschen Ha-chdruckelnsprltzung .
`I. APPELJ H. B0-CKHDRN
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`. 25
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`Ruflhlldung und Rufloxldntlon in lurhuienten D1I"I‘u5lon.5!'I:1mmen: Prubleme ullrafelnar
`
`MARTIN KURRECK I CHRIST-DPH TEETZ
`
`Miigllchkelten der Emlssinnsrlzduktiu-n h-el hochnufgelndenen Grofldieselmotoren
`I11It CR-Einsprliisyaatem - Sjrstemanforderungen um! S}-stemauswah] -
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`-ff
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`‘WERNER ‘I-"u"ElSW'El].,ER
`
`Mfigllchkelten der N0-,~EnIl'ernung ans AI:-gasen ‘|"Ol‘.l DiI.*srl- und Mager-Ulla-molnren . . . .
`MJKNFRED KCIEBEL
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`IS-ll
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`Var und Nachlelle sllci-tslnffhaltlger Redukllcmsmlltel heim Einsau In rnnh-Ilen SCR-Systemen . . . . . . . 76
`
`M. ANKDWTTSCH I K. ENGEJ...|‘E!-IPJNC-ER I W. ECHINDLER .I' P. ZELENKA
`finfarrderungen der EUR!) 4 - Norm bel Nutzfahrzeugvan an die Emissionsmesslechnlk . .
`
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`3-1
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`A. MAYER! U. MATTER H-I. KASPER
`
`Neue Wage zur Charailterlsierung der Dleselparlikeh.-missionen . .
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`9-1
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`IURGEN ZUREIG
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`I]-as SINOI-System ~ Wellerentwicklung zur Serlanreife . .
`E. JACOB
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`5H¢5i$l0l'|'|2"'J!IiI3. N"-3.13 sfllli-sselmulekfll aur Erffillung wan E-urn I-Norman .
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`119
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`S. MULLER I J. CONRADS IW. BEST
`Dieulabgasreiniguug rnlt einem Plasmaveriahren . . . .
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`GEORG HUIH‘W{}I-1]. I BERND MJLURER. I G. ZIKCIRJDSE
`Das SCRT-System - Die I-Combination Parlikelfiiter ml! SCR-Kalalysalur errnisglicht
`die gleichzeltlge Vermlnderung der Pa.rt|kel- Lind N03:-Emission ‘tn-ei Nul:;I’a]Ir:.eug-
`dieselmntnren . .
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`I19
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`4
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`Wage zur Erftillung der EURO 4-Norm bei Nutzfahrzeug-
`
`Dieselmoteren
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`9. DRESDHER HDTDREHKDLLDQUIUH
`
`29. und 21. Mai 1999
`
`an der Heehechule fflr Technlk und Wlrteehaft Dresden IFHJ
`
`Uerehrte Tegungelellnehmennnen und Tegungeteilnehmer.
`
`ieh hegrflfle Sie herzlich zum 3. Dredner Metdrenkdlldquium an der Hochschule fur
`Technik und Wirte-shaft Dresden.
`
`Dee zweitegige Kdllequium, dae wiederum vem Fdrechungsinatitut Fehrzeugteehnik (FIF} in
`Zusemmenerbeit rnit der Fahlzeuginduetrie ergenieierl wdrden iet, wird zum Heuptenliegen
`
`"WEGE ZUR ERFEILLLIHG DER EURO 4-NO-RH E-El NUTZFAHRZELIGEH"
`
`durchgefflhn. Dseee Thernetik iet eine Iegieehe Ferteetzung der bieherigen Verensteitungen
`an der HTW Dreeden {FH].
`
`Der EU-Umwettret hat etch im Dezember 1993 auf neue Grenzwerle fi.'Ir schwere
`
`Nulzfehrzeuge geeinigt. Es werden die Emiseiensgrenzwene flir Stickexide {MOI} und
`Pertikel in zwei Stufen ebgeeenkt [EURO 4 und 5-hlerrn], die nach definierten Zyrklen {ESC-
`Eurupeen Steady und ETC-European Transient Cycle} nachzuweieen eind. Bei der theme-
`tiechen Plenung dee Keilequiurrle weren neeh weniger etrenge Grenzwerte im Geeprech.
`
`iet nech dem rnementanen Stand der
`Urn die neuen Grenzwerte einhelten zu kennen.
`Technik die EURO 4-Hem‘: nur mit der Partil-celfiltenechnik und die EURO 5-Nenn nur mit
`
`einer zueeizlichen ND:-Nechbehendlung erfijllber. Eine Knmbineiien beider Syeteme were
`mdglieh. Die Abgesnechbehendlungetechndldgien erdffnen eber in Verbindung m'rt inner-
`metunechen ldeflnahmen weitere Perepektiven zur Krafistoffverbrauehec-ptimierung dee
`Dieeeln-tutors.
`
`Dee Kellequium ist desheib ed geeteltet werden. dees Prc:-bleme der Gemiechbilclung und
`‘Uerbrennung ale innermeterieehe Hleflnehmen zur Beeinflueeung der Abgaeemieeienen und
`Teehndlegien fflr die Abgaenechbehendlung diekutien werden I-cfi~nnen_
`
`Die Vertregeinhelte eind mit grefler Sergfelt durch den Pregremmeusechuee zueammen-
`geetellt und mit der
`Induetfie ebgestimmt warden. Elesenderer Dank gebflhn den
`Referenten. die zueeuliche Mfihen zum Eretellen der Beitrage fur den Tegungsbend eu!
`eich nahmen.
`
`Dee Kellequium wird ven einer Feeheueetellung begleitet. Erfreulichenueise prdsentieren
`eich hier wieder uiele Untemehrnen und Institutienen und breichem en die Vereneteitunq
`Den Auestellem und Sponeoren sei hierrnit eehr herzlieh fur die finenzielle Unteretfltzung
`gedenlct
`
`Im Namen alter Miterbeiter dee Ferechungeinetiiuie Fahrzeugtechnil-z wflnsche ich ihnen
`alien einen angenehmen Aufentheit en uneerer Heehechule und heffe. deee eueh des
`3. Dneseuen IIOTOREHKOLLDQHIUM fur die Teilnehmer zu einer hleibenden Erinnerung
`wird.
`
`Pref. Dr.-Ing. habil. Emetwendelin Bach
`Direl-der dee
`
`Fereehungsinstituts Fahrzeugteehnih
`
`5
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`

`
`6
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`

`
`Anforderungen an die Etnspritztechnologien zur Minderung
`der Emissionen bet Nutzfahrzeugdieselmotoren
`
`von Klaus Binder and Uolker Schwarz
`
`:e
`
`Die Entwicidung des NFZ—EtteseImotors out dem heutigen Stand war tibenviegend getrieben von den
`Entwicl-rtungsschritten aut dem Gebiet der Einspritztechnlir. Die Stelgerung der Einspritzctriiclre aut
`taco his zooo bar sowte die weitgehend freie Wahl des Elnspritztreginns waren daoel die
`wesentllchen
`technischen Anstitze.
`Die
`Elnspritztecnnllr
`vnrd
`neoen
`den
`anderen
`Schllissottechnologien Aufladetaohnilr Lrnd l.'lotor~lFahrzeugmenagarnent such in Eukuntt oar Treiher
`for die Weiterentvnclriung der Motorentachnologie seln. Weitgehende Forderon-gen warden dahei an
`den Druckverlauf wehrend der Einspritzung, die Flexibllittit des maximalen Einspritzonxclrs im
`Motorkennfeld, die Voreinspritzung and evil. an eine Nachelnspritzung zur Partil-relredulrtion gestellt.
`
`The development of the HD Diesei Engine to toctavs tevel was mainly driven by the injection
`technology, The important technical approaches up to now were the increase of the injection pressure
`to levels ct tfltlti to 2DD bar on the flexibility of SDI [start at lntaclion). Beside the engine lrev
`technologies Le. air charging technologie and engineitrucl-'. management in the future the injection
`system will play an important role as far as HD-Engine technology is concerned. Further demands will
`be chaliengecl and the injection pressure history. the llexibilitv oi the peel: injection pressure. the pilot
`injection and optional the after iniection with respect to reduce particulates.
`
`1 Einleitung
`Die hisherige Stretegie der immer spateren Einspritzung zur Erfiillung der iiber die Jahre
`stats wetter ahgesenkten Stickstoffoxidemissionen war get-roppelt mit einer standigen
`Erhohung des Einspritzdnrclres zur
`teilweisen Kompensation der verb:-aucne haw.
`Farlikelnachteile (Blue 1}. Die weitere Uersoitertung der Emissionsgesetzgeoung bedingt
`vveitere Anfordemngen an die bereits hochentvvickelten Einspritzsysteme fiir NFZ-
`Dieselmotoran.
`
`2 Stand der Technik
`
`Bet den Eaureihen BR BOD und BR 50:} der Deimlerchrysler AG wurden die arlordertichen
`hohan Einspritzdriicke durch des nockengetriehene, sahr izompalrzt bauende und deshaih
`steite
`Pumpe-Leitung-Dr'.‘rse
`(PLDJ-Einspritzsystem dargesteilt. Die
`Flexioilitat
`des
`Einspritzzeitpunktes wird durch Verschlieiien des Riirzl-tlautes mittels schnellschaltender
`Eleittromegnetventile erreicht. Ein Problem bat den nockengetriebenen Einspnlzsvstemen ist
`der drehzahl- und mengenaohangige maximale Einspritzdnrclr. Dlesen Nachteil weisen die
`for Pi(iN« und auch Grotidieselmotoren bereits in Serie eingesetzten Common-Reii {CR}-
`Einspritzsvsteme nicht auf, da die Dnrckemaugung unaiohangig von Last und Drehzahl
`bedarrsgeregelt bereitgestellt warden kenn. Der in Brr.o 2 out Basis des B-Zvlinderrnotors OM
`5D1 LA {Um = 2 I) h-ei einem l~llD;—LeveI von 5 gr’t-Ml'l1 dergesteilte vergleich der beiden
`Einspritzsvsteme CR und PLD zeigt allerdings. deti. das CF!-System nahezu im gesernten
`Kennfeidbereich Naclwteile im Verbrauch end in der Partiirelemission aufweist. Dies ist darauf
`zurflckzutflhren, datii des CR-System zur Erraichung der Nil:-ktorgebe mit einem deutlich
`spaiiteren Spritzlaeginn gefahren warden mutite.
`Die Ursache hierfiir wurde zunachst in dem nahezu rechteclrigen Drucl-orerlauf des CR-
`Svstems venrrutet Wre EIILD 3 zeigt. 1-ronnten alterdings auch rnittels der RErcl<iaut~
`drosselaustegung in der Nadelhubvorderlianire und damit irn Einspritzvertauf moditizrerte
`CR—AusfI'.ii1rungen diesen Nachteil nicht beseitigen. Die Vorclerflanlrtenvariation blieh nahezu
`ohne nusvvirl-rung aot den Noxfba - bzw. F'Mr'l:e-trade oft [1].
`
`7
`
`

`
`'I.'arbram:hs- I
`bee-Fnflussung
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`E35191 "992:
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`EURO 3 l2DI'.i5|
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`Imuenmm GRISGHE5 PcTE'~.~"r.AL DLJRC!-I E-P.LT1'EFiE"ELLL|'uG um: EEHCIHUNG E:!iSPFe:TzE:-Ruck:
`
`Furl consumption
`lrllutiua in 56]
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`E5334“;
`.l§I’J.'.ti.**
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`[flaw
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`Em mm Izm um new man man
`Eftgilzit spencifrpm]
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`I]
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`am mm mm Mun mun mtruroum
`"iii"? ‘PEN [mm]
`
`_ Advantage Gammon Rail
`'.——:-—-—u--4-—.—.—.—_
`
`,--1 Disadvantage common nan
`
`BILD 2 Couausnon TECHNDLDIBY -— COMPARISDN FLD AND Cflhllhllfl-N Fun. INJECTION 5v STEM
`Max 5 G I +:w'H. UMSO1 LA ENGINE
`
`8
`
`

`
`Part Era.-ad. engine speed
`Rail pressure 100$) bar
`
`‘|¢2D,r‘min
`
`100
`
`B1LD 3 C:-::-I-.n|aus'r:::m TE::,HuoLos~r - CR WITH NOZZLE CONTROLLED RATE SHAPING
`31HG|.E C‘u'1.1NDER ENEHNE
`
`Saris: 5'0-I1
`
`‘I20 11: aflar SUI
`
`240 ps afler SDI
`
`Sarlns sun
`
`Bin: 4 Couaus'r1c:N TECHNOLOGY - COMPARISON PLD AND CDNIHICIN RM. nmecncm av snam
`Spam FROFAGATIJN ANALYSIS sac HOLE N+::zzL£
`
`Die in E-ILD 4 dargeshalttan Hachgaschwindigkaiisaufnahrnen der Einspritz—Strah|en fur CR
`und PLD zeigan ailerdings deutliche Untarschie.-de in der Strahlausbraitung, deran Ursacnen
`nuch nicht schlussig geklért stnd. Allerdings cleutan diesa Strah1hiId-er auf ein warstarkles
`Aufreillan und eina geringera Einbringtiafe der CR-Stram-an hin, was sich ganz ofiensichtlich
`auf die: Verbrannung und darnit auf den zu wéhlenden Einspritzzartpunkt I:-ei N0; = cunst.
`auswirkl.
`
`9
`
`

`
`3 Anfdrderungen an das Einsprilzsystarn
`
`Net:-an den im Mutdrkannfeld frdi wfihlbaren Grdllan Einspritzheginn und max. Einspriizdmck
`scheinl au-ah der Druci-aaurbau das Einspritzsystems ffur den in clan Brannraurn eindringendan
`Einspriizstr-ahl van entscheidender Badautung. Dar Dmckaufbau eines FLU-Systems hat
`demzuf-alga Unrtaiia gaganflber dam hohan kdnstantan Drunk Ides CR-Systems.
`
`Dar hone Einspritzdruck ist neban da: Sicherstailung dar Strahiauslmimng und das
`Trfipfchenzerfalls auch anlschaidend fur die Turbulatlzgenenarung rnit deren Auswirkungern
`auf die Rulldxidatidn waranhuartli-:::h. Wu: E-ILD 5 ze.-ig1. hahen drallbahaftete Varbrenr
`nungsverfahren in dar Expansionsphas-B ein deutiich hdhares Turbulenznlvaau als drallarma
`dder gar draflfreie Varfahren. Dar Steuerung dar fi.'Ir Gemischbildung, Uarbrennung und udr
`allem Nachdxfdatidn des Runes hederutendan Turbulenz durch die Einspritzstrahlan kdmmt
`bai modernen Elrenrwarfahren verstdrkte Eledeutung :u_
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`
`Bird 5 Turbulanza kinelische Energid dar Einspritzsiranian Vargleich CR .-* PLD smn.-is
`diner Drallstrfim ung mi! ddr Drallzifiar 2.5
`
`Wie HELD B zaigt. kann die Anhabung das Tamperatur- und das Turbule-nzniveaus zur
`Panikaldxidation in der Expansidnsphase auch mittels I-Craflstdffnacheinspritzung amaidht
`warden [2].
`
`EIILD 1' zaigt baispialhafi den positiven Einfluflu dar Pilotainspfitzung auf Varbraum und
`Schwarzr'aucl1 [2]. Bekannterrnaadn hat die Piloteinspritzung auch positive Auswiri-tungen
`auf das Verbrennungsgarfiusch.
`
`10
`
`

`
`F:H"§1:I'lI.II'|,llI'|'|d-1IlfN|"I.
`61233 11-I5-5..'|1'nm
`n - I35-D mln *1
`pun ?D'DbII'
`Lu: F5 I‘.
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`
`
`Varhrauchggxuwng
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`'1'” jjijjjjjjj_
`
`111.111 _:-_-411
`-Z2“-. -_'-—2
`11111-2 -3111
`
`11121112
`‘-5
`0
`5
`11115 2025303549
`Etnapriizrnenge der Naachainspritzu ng [m m3,.FH1.Ib]
`
`BILD 6 EJNFLUII DER NACHEINSPFHTZUHG .a.uI= DIE MQTDRKEHNWERTE Vanannucn. PARTIKEL um: ND:-c.
`
`Fcrschungs AVL
`9113.3 It 155.1
`:1 *- IDBEII rnln‘
`1I‘.|'D $5 Last
`In, - 290 mm’ Hub
`Pflntrnenga 15 rnrn’,."Hub
`
`H-ILD T EINFLUE DER PILDTEINSPR l'|'ZL|NG AUF VERBRAUCH UND SC I-FNARIRAUCH
`
`11
`
`

`
`4 Zusa mmenfa ssung
`
`lm Zusammanhang rnit dar Elzeugung dar sorwohl fflr die Gemischbildung als auch fflr die
`Rufiuxidatian arforderlichan huhan Turbulanz schaint ain mit deer Einspritzung ansteigendar
`Einspritztiruck van Vortail zu sain. Wflnschanswen ist ain im Mutnrkenniald flexib-al
`einsteilbarar ma:-cirnaler Einspritzclruck. Pilaiainspritzung im Hinblick auf einar: mfiglichst
`fn'.'|han Sprilzbeginn dar Haupteinspritzung und Nadminspritzung zur Partikelahsankung
`warden ffir kflnffige Anfu rderungen mahr und mehr bedeutend.
`
`Zur Sani-Lung deer Sysmmkostan ist air: mo-dularar Aufbau der Kornponanten mit mfigiichst
`flexiblem Einsatz fflr varschiadana Baureihan vortailhaft.
`
`5 Literaturverzaichnis
`
`[1] W. Bauer u. a. Hybaulisnhe Einflfisse auf die Gen1£5c£1hildung bei rnit PLiD- und
`CR Einspfilzsysiemen betriahen-an Nuizfahmeugen.
`Haus der Technik. Essen 16.111’. Man: 1999
`
`[2] F. Chrnefia u. a. Einspritzveliaufsfc-n11ung - Abschluflheficlfl F'a.N-Vurhaben Nr. E66630
`Laufzait 01.03.95 — 31.C|?.9B
`
`Verfasser
`
`Prof. Dr. »—Ing. Klaus Binder und
`Dipl.-lng. Vulluar Schwarz.
`Daimlerchrysler AG Stuttgart
`
`12
`
`

`
`Unit lnjektor a‘ Unit Pump -
`Efliziente Einzelpumpensyeterne mit hohem Potential fur
`klinftlge Emieeionsforderungen
`
`\l'DI'l Rudolf llllaier, Ulrich Projehn, Wolfgang Albrecht, Roger Potechin
`
`und Karslen Storbeek
`
`
`
`Kurzfass ung
`
`ist wegen seiner Wrrteohafiliohkeii und Robuslheit das oevorzugte
`Der Dieselmotor
`Antriel:-skonzept for den Nutzkraftwagen-Bereioh. Die fortsohreilende Emieeionegesem
`gebung der letzten Jahre erfordene elnen Generelionswechsel hei der Einspritzausrfistung.
`vor aliem helm Einsalz in sohweren Nutzkrafiwagen. Elie bisherigen Reiheneinsprltz-
`pumpensysteme warden zunehn-lend durch magnetventilgesleuerte Einspritzsysteme Unit
`Injector System und Unit Pump System abgeloei.
`
`Mit der weiteren Oplimierung der Einspntzverlaufsoherakterisfik verfiigan dlese Hoohdruck-
`Einepritzsysleme
`fiber weitere Potenlieie.
`urn zosammen mit den entsprechenden
`Motorkonzepten die vorgesohlagenen Emissionsgrenzwerle Euro IVN zu erfiillen.
`
`Elasierend auf den oekannten Nlotorerfordemissen werden die aktuallen Entwiol<lunge-
`al-ltivileiten fI'.':r die neuen Einspritzeysterne dergeslellt.
`
`Verfasser
`
`Dr.-lng. Rudolf Meier. Dr.-lng. Ulrich Projahn. Dipl.-lng. Wolfgang Albrecht.
`Dlpl.-Ing. Roger Polschin und Dipl.-lng. Kar5ten Slorbeok.
`Roherl Boson Grnbi-l.
`
`13
`
`

`
`Strahienergie, Turbulenz und Brennrate iITl direldeinspritzenden
`
`Dieselmotor
`
`eon Franz Chrnela und Gerhard Drthaher
`
`Ein neuer nulldimensionaler Ansatz ttir den Brenrwerlauf eines direideinspntzenden Dieseimotors
`words auf der Basis des Einspritzverteufs und der I-tinetisehen Strahienergie entwieitell. Mit diesem
`Ansatz sind sohon wahrentt der Konstruktiensphase ‘u|'oreus— reehnun-gen des Brenrweriaufs aus
`Slmulationsdaten
`i.iber Einspritzdruclweriauf
`und Nadelhubveriauf mdglioh. Ein weiteres
`rflinwendungsgebiet
`ist die Analyse tron realen Elrenmrertétuten zum Eeispiel hinsiohtlioh des
`Wandeinflusses
`aui Gemisohhiidung
`und
`verbrennung Die Kenntnis
`des
`funirtionalen
`Zusammenhangs zwtschen Einspritzvorgang und Brenntrertauf itann auoh zur Rfiekreshnung der
`Einspritzparameler aus einetn gewlinsohten Brennvedauf genutzt werden. Damit itttnnen irn Rahmen
`der iuldgliehkeiten der Einspritztechnik heliebige Forrnen des Elrennvertauts erzeugt warden.
`
`A new zermdimensionai formula for the rate of heat release in direct injection engines was developed
`on the basis of the injection rate and the kinetie spray energy. Already in the design phase of a new
`engine, the formula allows one to predict the heat release rate from simulation data of injection
`pressure and needle lift histories. Another area of application is the analysis of measured heat release
`rates e.g. eenoeming the wall ettecds on combustion. The knowledge about the relationship between
`the injection orooefi and the rate of heat release can also be used for the assessment of the injection
`system parameters necessary for a desired rate of heat release history. Wdhin the constraints of the
`injection system used any rate or heat release ounre can be generated.
`
`1 Einleitu ng
`
`Die Bemiihungen urn eine Methode zur Voraussage des Brennueriaufs - hier speziell in
`einem direkteinspritzenden Diesatrnotor - haben vor ailern des Ziel, den Verbrannungs-
`aolauf und damit die Eigensehaften des Motors hinsiohtiioh Zylinderdruoltvenauf,
`‘Idfrkungsgrad und Emissionen sohon wahrend der i(onstrul-ttions- bzw. Austegungspnase
`zu beschreiban, um spatere ‘Uersuohsarbeit am lutotorenpnirfstand einzusparen und so die
`Produktion eiries neuentwicltaiten Motors sehneller und mit weniger ‘uionaufkosten heginnen
`zu kennen. Netaen diesem direkten wetthewerbsvorteil bringt ein theoretisch tundiertes
`Rechenmodeli jedoch auoh die Megliehkeit mit sich, dutch Uergieieh der experimantetlen
`Dalen tron einem reaten Motor mit den Voraussagen des Modelis Aussegen i.i'oer die dern
`raalen Prozeit. zugmndeiiegenden Gesetzmaisigkeiten zu gewinnen, das heiist, den realen
`Prozett zu anaiysieren,
`
`Der reaie Prozett der dieselmotonschen ‘i.-‘erbrennung ist ein aullerst 1-complexes Phanomen.
`das tron den untersehiedliohsten Vorgangan gepragt wird. angefangen tron der Hydraulii-r
`des Einspritzsystems fiber Strahlhildung und -zertail, Verdampfung. Gemisohbildung.
`Entflamrnung, his hin zur eigentliehen Energieumsetzung dureh Oxidation des Krahstoffs
`und der Bildung der versehiedenan Emissionsferrnen, wie
`zurn Beispiel
`in
`[1]
`zusamrnenrassend dargesteltt wurde. Diaser kompiexen Realitat erscheint eel‘ den ersten
`Blicl-: nattirriich ein ebenso kompiexes Modeliiemngsvedahren angemessen. das die vorhin
`identjfiziarten Teilprozesse einzeln raumtieh und zeitiich aufgelest besohreibt. Die heute
`verfflgbaren dreidimensionalen Elereehnungs-Codes eesitzen in der Tat das Potential zor
`Losung dieser Aufgabe.
`Ihre Eenutzung ist wegen des aufwands fi.ir die genaue
`Eesehreibung der Geornetrie des Zylinderinnenraumes jedoeh no-:h aufwendig, die I
`
`14
`
`

`
`nech
`ist derzeit wegen
`ihre Aussagekratt
`und
`betraehtlich
`Rechenzeiten sind
`unvellkemmener Kenntnis der den Einzelprezessen zugrundeliegenden Gesetze. wte zum
`Eleispie! die Physik des Einsptitzstrahls als Grundlage tiir die ansehliellenden Uergange,
`begrenzt.
`
`Demgegenflber erscheinen die nulldirnensienaten Ansetze. wie zum Eleispiel der allseits
`I:-el-tennte ‘u'lEE-Erennverlauf [2]. dessen Einfachheit zur Zeit seiner Entstettung der damels
`verftigbaren Ftechenleistung angepalltt war. heute zunehmend als niettt mehr t:-rauchbar.
`Dabei dart alder nicht iibersehen werden, dell die Einfechheit des Aufbeus und damit der
`Handhabung und nicht zuletzt die Eleteehnungsgesehwindigkeit eines nulldimensienalen
`Medells es als sinnvell erseheinen lessen, dieses Prinzip seweit als meglieh den ‘neutigen
`Netwendigkeiten enzupassen. um damit zumindest auf Teilgehieten scl-melt und einfach
`lnrauehbare Antwerlen zu liefem.
`
`Elna umfessende Weiterentwieklung in der genannten Riehtung stallt zweifelles des
`Verbrennungsmedell wen Hireyasu [31dar, in dem der Versueh gemacht wird, die einzelnen
`Teilprezesse mit Hitte grellteils phenemenelegischer Ansatze zu hesehreiben. Die grelse
`Flexibilitet dleser Methede lcenn in verteilhafter Weise zu Farameterstudien genutzt warden,
`zum tatsachlichen Abglei-sh mit der Realitet
`ist allerdings, wie ttbngens aucn eel den
`mehrdlmensienalen Medellen. die riehtige Auswehl einer Vielzahl wen luledellkenstanten
`etfordertich.
`
`|I'I1 felgenden sell gezeigt werden. dell as meglich ist. den kemplizierten Weg Litter die
`detaillierte Beschreilaung
`der Teilprezesse
`durch Anwendung
`stark
`pregender
`lllhergeerdneter Geselzrnetsiglteiten abzukilrzen und damit eine einfache - well null-
`dirnensienale - und ctenneeh realitetstreue tlliddellierung des Brennvertaufs lm direltt-
`einspritzenden Dieselmeter zu e:'reichen_
`
`ist eng llr'EI'|'.'lUl"I-l.'.Ien mit einer
`zurnindest die jflngere Geschiente des Dieselntuters
`Verktlrzung des Zfindverzugs - derzeitspanne zwischen Einsprttzbeginn und Brennbeginn -
`und damit einer Uerenderung des Etrennvenauf-Charalcters in Ftichtung euf Verkleinemng
`des vergemisehtan Anteils. Diese Entwiel-clung steht in Zusarnmenhang mit der sehnttweisen
`Erhdhung der Einspritzdrll-she. die wegen ihrer rultimindemcten Wirltung van der immet
`scharfer werdenden Emissiensgesetzgehung dlktiert wurde llllit der Uerl-uziizung des
`Zflndvelzugs wurde euch der zeittiche und I-Lausale Zusammenhang zwisehen Einspntzung
`und Verbrennung
`irnmer
`anger. Ale
`Felge
`daven
`irerschiechterte
`sieh
`die
`Besehreibungsgtite des schon genannten weithin verwendeten 'u'|ElE+BrennveI1aufs. da
`dieser urspriinglich fur Utterneteren kenzipiert warden war und cteshaib lteinerlei Megliehkeit
`bietet. die Etfekte einer neeh in die Verbrennungsphase hineinreiehenden Kraft-
`steffeinbringung ntit hehem Einspritzdruck zu l:ueri.iel-lsiehtigen.
`
`Eur Illustration dieses Saehverhalts zeigt EIILD 1 im unteren Tell den Vergleich eines realen
`Brenrweriauts an einem Meter ntit Sp-eleher-Einspritzsystem rnit dessen Nachtaildung dutch
`einen einfaehen VIBE-Elrennvertaut. Es zeigt sieh. dalt. der reale ‘Uerlaul zwar im Mittel
`wiedergegehen wird, dalit. eber die Abweiehungen bet kernplizierteren Verlauten wie hier
`erheblich sind. Dieser kemplizierte Brennvettsuf wurde hier mit Absieht gewehlt. um die
`Grenzen der Beschreibharl-Leit dureh den VIBE-Erennvenauf deutlieh zu maehen, und um
`die zugrundeliegenden Gesetzmfifligkeiten besser hereusarbalten zu kfinnen_ im eheren
`Bildteil sind der integrate Vedauf der durch die Elnspritzung eingebraehten chemiscnen
`Kraftsteffenergie serwie die reale und die neehgebiidete Durehbrennfunlttien dargestellt Die
`zurnindest eptiseh eher unauflalligen Abweiehungen der sirnulierten Durehbrenntunictien
`megen fur einfaehere Aufgebenstellungen der Verausreehnung neeh zulassig seln. fur die
`Simulation sensiblerer Prezesse. wie zum Eteispie! die Stieltextdbildung.
`ist ein deralt
`abweichender Brennverlauf jedeeh nieht rnehr brauchbar.
`
`15
`
`

`
`
`
`DurchbrennfunklndnIc..I
`
`chamnscheKraflstdflanargfe-ELI
`Brennrata~|:.JIGradKW
`
`racrrte chamische
`ain
`oflanergie
`Kra
`—- raala Durchbrennfunlrtion
`--- aimulierte Durchbrannfunkfion
`
`-— rgala Elrannrala
`- - - slmulierto Brennnata
`
`E-rm 1
`
`SIMULATION Emas FIEALEN Elmanuvanuxurs m Ewen DIESELMOTOR MIT
`SFEICHEREINSFRITZSYSTEM DU RCH EINEN VIBE-an ENIWERLAUF
`
`2
`Entwicl-clung nines neuan Ansalzas fflr den Brannvarlauf
`Aufgrursd van fruheren Erfahrungan bai der Erstellung van Rechenmodelian wurde
`hier der im folgandan beschriebane Wag baschriflen. Dberstas Prinzip dabei war,
`van der Realitéit, das hem: van Messungen an realan Mdtnran auszugehen. Das
`zweite Prinzip war, mit ainem einfachan Ansatz zu beginnen und Modifikatidnen
`beziehungsweise En-we-iterungen nur dann zuzulassen, wenn diese bei Hinzunahme
`waits.-‘er Verffikatiunsdaten ndtwendig warden und auch durch physikalischa
`Gesetzméirsigkeitan
`gestfltzt warden
`kdnnan. Um den Ansatz we-itgehend
`affgemaingflltig zu halten, sdllte nach Mdglichkeit auf die Barcucksichtigung der
`Gedmetrie vc:-n Brennraummulda und Einspritzsirahl vemichtet warden.
`
`16
`
`

`
`Die hior boispielhafl gozeigton Ergoonisso stammon von ainom Einzylindonnotor mit den
`foigondon lochnischon Dalon:
`
`Verdlchiu sverhfiflnis
`
`Der Vorsuohsmotor war mi! oir-pom Spaiohoreinspritzsystom von BOSCH ausgoriislat.
`
`Die Grundhypothose ais Ausgangspunkt dor flborlogungon war, doll die Brannrato dor
`Kraftstorrmasso proportional
`soin solito, oio zu dam ootraohleton Zailpunkt
`for die
`Verhronnung vorfflgoar isi. Die vorffigboro Kraitstoffmongo last sioh als Diffamnz zwioohon
`oar his zu dom Zoitpunl-at aingospritztan Kr-afistoffrnasso Mg und do: his zu clamsolbon
`Zoitpunkt verorannton Kraftstoffmasso orroohnon. die wiociar aus dor Durohbronnfuniition Q
`und darn untoron Heizwort H. oastimmoar ist. Dio orsto Hypothose for die Elronnroto Iauiot
`sornit:
`
`d_Q zcl _ tMh[W_ 01¢}
`dw
`H 1
`u
`
`{1}
`
`Zur Uborprflfung oer Hypothoso anhand oer zu dom Brennuerlauf in Halo 1 gohorigon Daton
`isl zunéohsi dor kuroolwinkoiabhiiangigo Voriouf dor iiraftsloffrnasso aus dam Vonauf oer
`Einspriizrato zu bostimmon. Wagon oer notwendigon Konsistonz oor Daten miisson hiarfijr
`stait oinos gotronnt
`uom Motor auf dom Einsptitzpumoenpriifstano gemessenan
`Einspritzvorlaufs oio am Motor zur g1oichon Zeit gornossonon Vonéufo iron Einspritzdmok
`uno Nadoihub horangozogon warden, um daraus mii: Hilfa dor Durohflullgloiohung naoh
`Eomourii don aictuollon Vedauf dor Einspritzrato zu boroohnon. Eoi oer spétoran
`Bourioilung ist dor daboi unvonrioidliohon Unsiohorheii oer Moistoohnik Roohnung zu
`tragon.
`
`Dos Ergebnis oer Auswortung UDH Gioiohung (‘ii is! im BILD 2 oargosto1I:_ Irn untoron Eiildtoil
`ist wiooor dor Vorgleivzh dos hypothotisohen Bronrworlaufs rnit oom roalon Eirennvarlauf
`wiedorgogobon. Es lst zu an-cannon. dais oas naoh dam Einspritzondo ainsotzonde
`Abklingon dor Bronnrato wonigstons qualitofiv wiodorgogaoon wiro. dail aber offaosiohtlioh
`noch wohrono oar Einsoritzung anoore Einfiuflgrfinon wirl-ssam sain mflsson, dio don
`Vorlouf oer reaion Bronnrato im Boreioh ab otwa 15 Grad KW nDT signifikont roduzieren.
`
`Nun ist bol-ianntonnarsen dio Eironnraio boi vorgomisohton Flammon. also boi dor
`ottornolorisohor Vorbronnung. stark abhéingig won dor intonsitfii oar Ladungsturhulonz, was
`untar andorem for die Entwicidung von Bronnverfahron for Gasmagorrnotoron gonutzl:
`words
`[5]. Der Grund
`oafor
`ist,
`oars
`untor don
`im Zylindor oinor Vorbron-
`nungskraftrnasohino horrsohenden Bodingungon oio G-oschwindigkoit oar ohomisohan
`Urnsotzungsroaktionon wosontlioh sohnoilor is1 als oio Gosohwindigkait
`1-nil dor die
`Molololiio von Kraftstoff uncl Sauorstoff zueinancior gobracht warden. Dio iokoia
`Misohungsgosohwindigkoit. odor andors ausgodriiokt. die Iol-calo Dichte dor turbulonton
`kinolisohon Enorgia hostimmt dahor die Bronnroto. Die wosontliohon Quollon for die
`Laoungsturoulenz boirn Ottornotor sind die kinotiochon Enorgion clor Einlafistrtz-mung und
`allonfalis dor Quotsohstrornung aus dorn Room zwioohan Kolbon uncl Zylindarkopf.
`
`17
`
`

`
`Durchbrnnnlunl-cIiI:In-IIJ
`
`chnmischnKraflstufimargia~I-cJ
`
`
`
`Erannrata—I-1.]IGladI<'W
`
`[Ii
`
`hrachter chemische
`ein
`Kra slofienergie
`— raata Durchbrenniunktlon
`- -- simuliarte Durchbrannfunkticun
`
`_
`
`I
`
`5 — reale Brennrate
`
`-":-*1‘ --- sirnuiierla Brennrz-1164‘
`
`:10
`Grad I<'L'v.f HOT
`
`Elam 2
`
`Snmuurnom new Bi:-Er~J.~.'RME umran .u=.-.'-u=..-:r..IE Em-ER Pr«‘:::n=c=.-'<':n:-'~.m.s*.p1
`run r.nc:u.n£r».-1 an 'u'ERFuG5:-.FtEI-J Kaartsrorrncsssa
`
`r.a:i4.'hc."I auch hem d.reJ-.:e.n-
`fur due Ladungsturbutenz 5:-mu
`Eliese beiden fluelfe-I‘:
`spritzenden Dnesalmotur vorhanden Hiar hummt Jedoch ars w tans stérkere Ursaczhe due
`kins-Lische Energie der Einspritastranlen dazu.
`
`Dre Grime der mit den Einspritzstrahlen in den Zyrincler eingebrachte kinetsschen Energue
`harm aus dem Einspritzvarfauf \','_ mit fuigendar Fc-rmei berechnet warden.
`
`Eine Abschéiizung der clnai genannten Baitrfiga an kinetischer Enargie bei darn hiar
`varwendeten Uarsuchsmntor mil einem Speicherdruck van 120D bar smd in falgendar
`Talaella zusammangefalist, wubei die Werte hir die kinatischan Enargien der Due1sch— und
`Dralrstnfimung mi: ahnlich ainfachen Beziahungan errechnet wuruen:
`
`Duelschstrfimung und Drallsirémung spielan danach in enargetischer Hinsucnt heme
`wesanflicha Rolle. Der ganz Libenviegenda 'AnteiI an kinauscher Energre I-mrnmt wan den
`Einspritzstrahlen, die damit die allain wrthtige Qualla fur die Elzeugung van Turbuienz
`darsteflen.
`
`18
`
`

`
`Um nun dlo Ladungsturbulenz in die Boziehung for die Eronnrate einzufilhren, soi an oino
`Arboit von Magrnussen [7] orinnorl,
`in dor for Diffusionsfiomrnon won C.‘.;Hg in Sauarstoff
`untar Eionutzung dos Ir.-s - Modolls h'.‘:r die TLi|'b|J|'E1"|Zffl‘i'QErI'dB Beziohung for die 0xidations-
`gesohwindigl-zoit bei Luflflbersohull angogeben wird:
`W
`
`RI :As:'c|'{:TJ
`
`{3}
`
`Bio Roakiionsgesohwindigkait in dorn bet-rachtoton voiumen ist danaoh proportional! zu do:
`Kraftstoffmasse und darn Quotionten aus Dissipationsrate und turbulontor
`iunetisoher
`Enorgio. oer als Misohungsgoschwindigkeit zu intororotloren ist.
`
`Die Sohwiertgheit bot der Anwandung dioser Formal in oiner nulldimonsionalan Boznohung
`liegt darin_ oars sioh die Dissipationsrate 2.
`im Gogonsatz zur turoutenten kinotischon
`Energiodiohio
`emer
`oinfachen
`AI::scha1.zung
`entzioht
`und
`dad
`damii
`oer
`Geschwindigkoilste.-rrn {am} so nichi
`fit:-ernornrnon we-rdon kann. Es wurda dahor do-r
`Uersuch gomacht, duo Wirkung dor Ladungsturbuio-nz our die Kraftstoffumsolzung out
`einfachoro Weiss zu bosohreioen_ Dazu wurde angonommon, doll nicht die Dissipation,
`sonclem das Turbulanzniveau solos! mit dor Transpongosohmndigkeit zusammormongt.
`Dioso Abhsingtgkoit wurde
`umor Berflsksiohtjgung weitarer Efiekta,
`wio
`dos
`Uhfirkungsgrades for die Urnwandlung dor kinetisohon Strahlenorgie in turbulanto kinotisohe
`Ensrgio sowio dos Aoklingons dos intogralon Turbulonznivaaus fiber dor Zoit, mit Hllfo oinor
`Exponentialfunktjon fonnuliorl und in die Eiezuehung for die Elrennrato oingefuhri. Somit not
`die Bronrwonaufsboziohung nun folgeodo Gestalt-
`
`;r;'._.-¢.vI,;nm—
`
`OHM,’
`H
`
`-o
`
`“"9;
`
`on
`
`Die Kuwonvorliilufa auf BILD 3 zoigon, dafl. mit diasor oinfachon Bozrohung dot I-complizierte
`raalo Bronnraterwodauf gut angonéhort wird. Da dor Antoil do-r vorgomisohton Vorhrennung
`nioht auf die gtaioho We-iso modoiliart warden kann. wurdo hier mit der Simulation arn
`doutlich sichtbaron Anfang oer Difiusionsvertrrennung oogonnon.
`
`3 Verifikafion dos nouen Ansatzes
`
`Die Leistungsffihigkalt dos Ansatzes soil irn foigendon anhand non Vaoauonen won Motor-
`Betriobsparametem dokumenuart warden.
`
`Das Uomaiton 'U"DI"I Motor und Brennuorlaufsmodoil ontiang dor Vollostkurve is! in
`BILD 4 dargastollt. Die realon Bronnverlfiufo wordon qualitativ und quaniitativ in
`Ioofriodigendor
`'-Noise wiodergegebon. Noch einmal mull darauf hingowioson
`warden, cafl» die simuliorlon Bronnvorioufe auf Mossungon VOI1 Einsoritzdrucl-1 und
`Nadelhub oeruhen und zusétzlioh mi1 den Unsiohorhoiton dor Erfassung dor
`hyoraulisohon Eigenschafton der Einspritzdflse betasiot sind.
`
`Duo Vadation dos Soeiohordrucks zwischon 300 und 1200 bar ist auf BILD 5 wiedargogeben.
`Dor Charai-.'t&r dos raalon Brenmrorlaufs ist hior ebenfalis in oefriadigondor Weiss
`no-:hgeo:'£de1_ Dio quantitativen Abweiohungen boa‘ hohen Umsatzraton iasson allordings out
`mit diesom eunfachon Ansatz nicht orfolloaro weitere Einflusse sohliotlon.
`
`19
`
`

`
`Durchbrennfunidion-‘NJ
`
`chemischaKrartalofianargla—IIIJ
`
`
`Brannrale—F-..JIfGradKW
`
`DII:In
`
`55'
`
`_8
`
`eir:r-ggbrachte chemischa
`K
`tofiene gin
`— raala Dunchurennfunkfiun
`- -- simuliarie Dumhbrennmnktion
`
`—- ngale _BrennraI-3
`. .. .. ssrnuluerte Elrennrata -
`
`3-D
`Grad KW nC‘T
`
`BILD 3
`
`SIIuIuL.IIITII:.IIIII U!-ITER HINZUNAHME EINE5 TERMS FDR IJIE. TLIRELILENTE
`KINETJECHE EIIIERGIE I:IIcHTE ALB r..!II5cHuNGsI:.FIcI5E
`
`I
`
`I
`
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`
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`
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`
`— reala Erannraie
`- --- simuliefie Brannrale _
`
`‘D
`
`EU 2 EEI
`
`:II:
`EIII
`
`Grad KW nOT
`
`BFLD 4
`
`BRENNVEHLAUFE AN EINEM DIE5EL1I.ICrTC|R MIT SPEIG-HEREIN SPRITZSYSTEM
`EEI UNTERSCHIEDLICHEN DREHZAHLEN UNI] MITFELDRUCKEN
`
`20
`
`

`
`it Sp-iaaichardlrucli = §2nu hair
`IIIWII
`IIIINKHI
`
`-— raala Elrennrate
`
`“"””"°”°I
`
`n.I
`
`1
`
`Brannrata-IL]IGradKW
`
`BtLD 5
`
`BRENNUERLAUFE AN EINEM DIESE L1'uIDTflR MIT SPEICHERE1N5FIFtITZ$‘f5TEhI
`HEI uNTEHsI::HIEI:IL1cHEN SPEICHERDFIEICKEN
`
`Als weitares Vafifikatiunsbaispiei zaigt HILL"! 5 aine M-‘ariatmn der Dflsengaumetfie. wue im
`vorigen Ei1::I
`ist auch hier die Tendanz der damit einhargehenden Uerénderung des-
`Elrannverlaufs gut getroffan, die quanmative Ubereinstimmung bei huhen Umsatzraten is:
`auch hiar nicht so bairiedigand wie vurher und gagen Enda dar Verbrennung.
`
`Auf die rndglichen Ursachen fur die festgestellten offenbar systernatischen Abweichungen
`wird spfitar mach einrnai eingagangen.
`
`Nash dew Bewenung das Gesamtans