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2022 | Buch

Experimenteller Beitrag zur Thermodynamik im Feuerstegvolumen

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Über dieses Buch

Markus Koch kann in dieser wissenschaftlichen Studie die bisher nur analytisch betrachtete Relevanz des Feuerstegvolumens erstmals experimentell nachweisen. Dabei kann er den analytischen Ansatz zur Berechnung der Wandwärmeströme im Feuersteg nach Bargende/Heinle experimentell validieren. Dies wird durch umfangreiche Sondermesstechnik im Feuersteg und in den Brennraumrandbereichen ermöglicht. Somit steht erstmals eine zeitlich hochaufgelöste Oberflächentemperaturverteilung über das Feuerstegvolumen für den gesamten Betriebsbereich, mehrere Brennverfahren und auch die klopfende Verbrennung zur Verfügung. Darüber hinaus kann dies auch durch die Variation der Turbulenz und der Kolbengeometrie nachgewiesen werden. Als Abschluss der experimentellen Untersuchungen können unter stark klopfenden Bedingungen erstmals Temperaturgradienten über 500.000 K/s im Brennraumrandbereich gemessen werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Im Spannungsfeld der zukünftigen Mobilitätskonzepte steht die Entwicklung von PKW-Antrieben, insbesondere unter dem Gesichtspunkt der CO2-Reduzierung vor großen Herausforderungen [7]. Für ein Antriebskonzept mit Verbrennungsmotor muss diese Reduzierung über einen verringerten Kraftstoffverbrauch erfolgen. Daher ist die Effizienzsteigerung vorhandener Systeme unabdingbar.
Markus Koch
Kapitel 2. Grundlagen und Stand der Forschung
Zusammenfassung
Um das thermodynamische System Brennraum zu veranschaulichen, zeigt Abbildung 2.1 dessen Systemgrenze und die thermodynamischen Wechselwirkungen mit der Umgebung. Unter Berücksichtigung der Leckage, der Kraftstoffeinspritzung sowie der geöffneten Ventile liegt ein offenes, instationäres System mit Massentransport über die Systemgrenzen vor.
Markus Koch
Kapitel 3. Versuchs- und Messtechnik
Zusammenfassung
Die experimentellen Untersuchungen der vorliegenden Arbeit werden auf einem Einzylinderprüfstand des IFS mit einer drehzahlgeregelten Gleichstrommaschine, die als Leistungsbremse und Schleppeinrichtung fungiert, durchgeführt. Da der Versuchsträger über keine Nebenaggregate verfügt, werden Kühlwasser, Öl, Ladeluft und Kraftstoff extern konditioniert und über die Prüfstandsautomatisierung geregelt (siehe Abbildung 3.1).
Markus Koch
Kapitel 4. Grundlegende Auswertung der Messergebnisse
Zusammenfassung
Als Überblick der verschiedenen Sensortypen zeigt Abbildung 4.1 die Signalverläufe der Sondermesstechnik und die jeweiligen Bereiche, in denen sie vom Kolben beeinflusst werden. Die entsprechende Signalverarbeitung der Sensoren wird in den folgenden Unterkapiteln beschrieben.
Markus Koch
Kapitel 5. Betrachtung der Wandwärmeströme
Zusammenfassung
Für den Vergleich zwischen Experiment und Berechnung werden Druckverlaufsanalysen mit der Berechnungssoftware Tiger der Firma EnginOS durchgeführt. Neben den konstanten Standardgrößen, wie beispielsweise die Motorgeometrie, werden die betriebspunktabhängigen Messgrößen Feuerstegvolumen (siehe Kapitel 4.2.3) und Leckage (siehe Kapitel 3.1) von der Matlab-Routine zur Datenaufbereitung übergeben. Die Restgasraten werden durch die Ladungswechselrechnung bestimmt. Als experimentelle Vergleichsbasis dient zunächst die Basisvariante des Motors mit Serienkolben und höherturbulentem Zylinderkopf (siehe Kapitel 3.2.1 und 3.2.2).
Markus Koch
Kapitel 6. Einfluss der Randbedingungen
Zusammenfassung
Als Vergleichsbasis für die verschiedenen Variationen dient die in Kapitel 5 betrachtete Basisvariante des Motors mit Serienkolben und höherturbulentem Zylinderklopf.
Markus Koch
Kapitel 7. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Aufgrund des hohen Dichteunterschiedes zwischen verbrannter und unverbrannter Zone im Brennraum befindet sich in der späten ottomotorischen Verbrennungsphase ein relativ hoher unverbrannter Masseanteil in einem relativ kleinen Volumen mit großer Oberfläche. Der Feuersteg spielt in diesem Bezug als größtes Spaltvolumen im Brennraum eine wesentliche Rolle und wird daher in den Wandwärmeansätzen nach Hohenberg und Bargende berücksichtigt. Die darin enthaltene, rein empirische Beschreibung, wird von Bargende und Heinle in der modifizierten Bargende-Wandwärmegleichung durch eine analytische Betrachtung ersetzt.
Markus Koch
Backmatter
Metadaten
Titel
Experimenteller Beitrag zur Thermodynamik im Feuerstegvolumen
verfasst von
Markus Koch
Copyright-Jahr
2022
Electronic ISBN
978-3-658-36806-7
Print ISBN
978-3-658-36805-0
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-36806-7

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