1. Einleitung

Der Verbrennungsmotor hat in den letzten hundert Jahren als Antriebsaggregat für Land- und Wasserfahrzeuge, aber auch als Stationäraggregat zum Antrieb von Arbeitsmaschinen und Generatoren eine weltweite Verbreitung gefunden und damit letztendlich die heutige Mobilität ermöglicht. Während Personen- und Nutzfahrzeuge heute noch überwiegend mit Diesel- und Ottomotoren angetrieben werden, werden dafür zukünftig verstärkt Elektro- und Hybridsysteme zum Einsatz kommen. Darüber hinaus wird auch über alternative Kraftstoffe zur Beimischung oder als Ersatz für Otto- und Dieselkraftstoffe intensiv nachgedacht. In der vorliegenden Abhandlung wird eine detaillierte Beschreibung und Bewertung verschiedener Antriebssysteme, vom Verbrennungsmotor bis hin zum Elektroantrieb durchgeführt. Eine wesentliche Aufgabe der Berechnung und Simulation ist die Erstellung von physikalischen und chemischen Modellen zur Beschreibung technischer Prozessabläufe mit dem Ziel, das dynamische Verhalten komplexer Antriebssysteme besser zu verstehen, Gesetzmäßigkeiten zu erkennen und damit zuverlässige Aussagen über das Verhalten dieser Systeme zu ermöglichen. Die für das Erstellen dieser Modelle benötigten thermofluiddynamische und chemischen Grundlagen werden ausführlich beschrieben. Ein Schwerpunkt legt dabei auf der Erstellung von Modellen für die Gemischbildung, Verbrennung und Schadstoffbildung im Brennraum und der benötigten Reaktionskinetik. Die heute verwendeten nulldimensionalen, phänomenologischen und 3D-CFD Modelle werden ausführlich beschrieben und ihre Einsatzmöglichkeiten, aber auch ihre grenzen werden erläutert. Zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten im Hinblick auf den Einsatz von Large Eddy Modellen und der direkten numerischen Simulation werden erläutert.