CFD-Partikelemissionsanalyse des hochtransienten Motorverhaltens

Projektbeschreibung
Im Rahmen des Forschungsprojekts „CFD-Partikelemissionsanalyse“ wurden unter der FVV-Vorhabensnummer 1324 am Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet für Simulation reaktiver Thermo-Fluid Systeme (STFS) Untersuchungen an Ottomotoren in transienten Betriebsphasen durchgeführt. Dabei standen die Partikelanzahlemissionen des Verbrennungsmotors im Fokus. Für die Versuche wurden aus realen Fahrsituationen abgeleitete Motorbetriebszustände am Prüfstand und in der Simulation untersucht.

Es wurden Messungen an einem hochdynamischen Motorprüfstand mit 0D/1D- und 3D-Multi-Zyklen-CFD Simulationen kombiniert und als Diagnosewerkzeug für die Analyse der transienten Schadstoffbildung in direkteinspritzenden Ottomotoren eingesetzt. Für die Untersuchungen wurde eine partikelemissionskritische Transiente aus RDE-Läufen auf den Motorprüfstand übertragen. Anhand der durchgeführten Messungen der Transienten konnten Randbedingungen abgeleitet und in das Simulationsmodell überführt werden. Gemeinsam wurde mit Hilfe der experimentellen Beobachtungen und darauf aufbauenden konsekutiven Multi-Zyklen 3D-CFD Simulationen eine Wirkkettenanalyse des auftretenden Partikelpeaks durchgeführt. Zur tiefer-gehenden Analyse der identifizierten Phänomene folgten weiterführende Messungen am Motorprüfstand, bei denen unter anderem der Einfluss verschiedener Kraftstoffe und der Vorkonditionierung untersucht wurde. Auf Basis der Erkenntnisse aus der Wirkkettenanalyse konnten verschiedene Ansätze zur Reduktion der Partikelemissionen identifiziert und im numerischen Simulationsmodell überprüft werden. In einer abschließenden Messreihe wurde einer dieser Ansätze auf dem Prüfstand umgesetzt und validiert.

Damit konnte das Projekt zeigen, wie eine enge Verknüpfung von experimentellen und numerischen Untersuchungen erfolgreich für die detaillierte Analyse von Beobachtungen im instationären Motorbe-triebs genutzt werden kann.

Weitere Informationen und Unterlagen
Der Abschlussbericht des Vorhabens kann über das Forschungskuratorium Maschinenbau e. V. (FKM), bezogen werden. (Postanschrift: Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt am Main, E-Mail: info@fkm-net.de, Tel.: +49 69 6603 1681).

Das Forschungsvorhaben wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF-Nr. 20040 BG) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) e. V. aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.