Rennmotorenentwicklung wechselt den Gang

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Traditionell war die Entwicklung von Rennmotoren in erster Linie darauf ausgerichtet, die Luftströmungsrate eines Motors durch die Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrads und die Erhöhung der maximalen Betriebsgeschwindigkeit zu maximieren. Das Treibstoffgemisch war in der Regel fett, und auch eine gute Verbrennung war selten ein Problem. Im Laufe der Jahre hat sich Ilmor das Know-how zur Optimierung jener Motoren mithilfe von 1-D-Simulation-Tools sowie empirischen Hardwaretests angeeignet. Zeit- und ressourcenintensive CFD-Studien wurden mit den damals verfügbaren Systemen nur selten durchgeführt. 

Die Situation für Motorenbauer verändert sich jetzt rasant. Heutzutage können CFD-Untersuchungen durch Entwicklungen in der Soft- und Hardware bereits innerhalb weniger Stunden relativ preiswert vorgenommen werden. Diese Fortschritte in der Simulationstechnologie treffen auf den neuen Stellenwert, den die Kraftstoffeffizienz für die Top-Rennserien und die Automobilindustrie einnimmt. 

Die neue Generation kraftstoffsparender Rennmotoren wird allerdings ganz anders optimiert, als dies traditionell der Fall war, und so veränderte sich auch die Arbeitsweise bei Ilmor deutlich. Die Leistungsverbesserung betrifft nun weitgehend die Optimierung des Verbrennungswirkungsgrads durch die Erzeugung von Ladungsbewegung und Turbulenz im Zylinder zusammen mit der Wechselwirkung und dem Mischen des Kraftstoffs von der Direkteinspritzung. Werkzeuge wie die CFD-Software von Converge, die primär für diese Art von Arbeiten entwickelt wurde, können In-Zylinder-Prozesse modellieren und die Arbeitsbelastung bei der Modellvorbereitung deutlich reduzieren. 

Komplett prädiktive CFD noch nicht realistisch

Die Simulation ermöglicht es, viel mehr Kanal-, Brennraum- und Sprühgeometrien auszuwerten, als dies durch physikalisches Testen von Hardware möglich wäre. Neben der Zeitersparnis und der Kostenreduktion für die Prototypenteile ermöglicht CFD die Visualisierung der komplexen Strömungsabläufe im Motor. Durch das resultierende bessere Verständnis der Prozesse können Ingenieure viel kreativer sein, und völlig neue Entwicklungswege tun sich auf. 

Ilmor verfolgt einen pragmatischen Ansatz für die Simulation und führt trotzdem noch etliche Prüfstandtests durch. Es ist wichtig, dass CFD-Simulationen mit den Testdaten übereinstimmen, um sicherzustellen, dass sie die Entwickler tatsächlich in die richtige Richtung bringen. Eine komplett prädiktive CFD ist noch nicht realistisch. 

Für viele Kunden ist es wichtig, ihren technischen Fortschritt durch Rennsport zu demonstrieren. Es wird daher spannend zu sehen sein, wie Erfolge auf der Straße und auch auf der Rennstrecke in Zukunft mit CFD-Simulationen erzielt werden können. 

Der gleichlautende Kommentar ist erschienen in der MTZ 2-2017.