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2021 | Buch

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Modellierung des Einflusses der Direkteinspritzung auf Ladungsbewegung und Turbulenz sowie der Gemischhomogenisierung für die quasidimensionale Motorprozessrechnung

verfasst von: Sebastian Fritsch

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Sebastian Fritsch stellt Ansätze zur Beschreibung des Einflusses der Direkteinspritzung auf Ladungsbewegung und Turbulenz sowie zur Modellierung der Gemischhomogenisierung für die 0D/1D-Simulation von Ottomotoren vor. Dadurch kann der zeitliche Verlauf des Ladungsbewegungs- und Turbulenzniveaus sowie der Durchmischung von Luft, Kraftstoff und Restgas im Brennraum abgebildet werden. Zur Anwendung in einer Arbeitsprozessrechnung verbindet der Autor die Ansätze mit einem Brennverlaufsmodell, wodurch eine Verbesserung der Vorhersagefähigkeit des Brennverlaufs erzielt werden kann.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
In modernen Ottomotoren wird heutzutage aufgrund von Wirkungsgradvorteilen und der damit verbundenen Reduktion der CO2-Emissionen überwiegend Direkteinspritzung eingesetzt. Deswegen sehen Prognosen deren Marktanteil weltweit weiterhin als steigend an [17], sodass die Produktpaletten einiger Fahrzeughersteller mittlerweile gar keine Motoren mit Saugrohreinspritzung mehr aufweisen [17]. Der Hauptgrund für die höhere Effizienz der Direkteinspritzung ist die Nutzung des Kühlungseffekts, der bei der inneren Gemischbildung durch die Verdampfung des Kraftstoffs im Brennraum entsteht.
Sebastian Fritsch
Kapitel 2. Versuchsträger und 3D CFD-Simulationsaufbau
Zusammenfassung
Für Modellentwicklung und -validierung werden in dieser Arbeit vier verschiedene Motoren betrachtet. In Tabelle 2.1 sind deren wichtigste Spezifikationen und untersuchte Varianten zusammengefasst. Bei den Motoren A, B und C handelt es sich dabei um Viertakt-Ottomotoren mit Direkteinspritzung und vier Ventilen.
Sebastian Fritsch
Kapitel 3. Modellierung von Ladungsbewegung und Turbulenz
Zusammenfassung
Im Verbrennungsmotor wird die vorherrschende makroskopische, gerichtete und stabile Strömungsform als Ladungsbewegung bezeichnet. Im Gegensatz dazu weisen turbulente Strömungsstrukturen einen mikroskopischen, chaotischen und instabilen Charakter auf. Die Ladungsbewegung wird hinsichtlich ihrer Ausprägung in drei verschiedene Arten klassifiziert, was in Abbildung 3.1 veranschaulicht ist.
Sebastian Fritsch
Kapitel 4. Modellierung der Gemischhomogenisierung
Zusammenfassung
Basierend auf dem im letzten Kapitel erweiterten Ladungsbewegungs- und Turbulenzmodell wird nun ein Modell zur Abbildung der Gemischhomogenisierung für die 0D/1D-Simulation eingeführt. Zunächst wird im Folgenden ein Ansatz für den zeitlichen Ablauf der Vermischung von Kraftstoff und Luft vorgestellt. Anschließend wird in Abschnitt 4.2 auf ein entsprechendes Modell für Restgas eingegangen. Dabei wird sich bezüglich der Ladungsbewegung zunächst auf die reine Tumbleströmung beschränkt, welche den Hauptanwendungsfall der eingeführten Modelle darstellt.
Sebastian Fritsch
Kapitel 5. Brennverlaufsmodellierung mit Gemischhomogenisierung
Zusammenfassung
Das im letzten Kapitel eingeführte Homogenisierungsmodell soll nun mit einem bestehenden Brennverlaufsmodell verknüpft werden. Zunächst wird hierfür in Abschnitt 5.1 auf das zu Grunde liegende Entrainmentmodell eingegangen. Anschließend erfolgt die Modellierung des Einflusses von Inhomogenitäten mittels zweier verschiedener Effekte.
Sebastian Fritsch
Kapitel 6. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
In dieser Arbeit wurden mehrere quasidimensionale Modelle eingeführt, welche die Vorhersagefähigkeit der 0D/1D-Simulation für Ottomotoren weiter erhöhen. Die Modellentwicklung erfolgte auf Basis von 3D CFD-Simulationen. Zunächst wurde ein bestehendes Ladungsbewegungs- und Turbulenzmodell um die Effekte der Direkteinspritzung erweitert. In Abhängigkeit von Injektorparametern wie Injektorlage, Einbauwinkel, Einspritzzeitpunkt und Raildruck kann eine starke Beeinflussung der Tumbleströmung auftreten.
Sebastian Fritsch
Backmatter
Metadaten
Titel
Modellierung des Einflusses der Direkteinspritzung auf Ladungsbewegung und Turbulenz sowie der Gemischhomogenisierung für die quasidimensionale Motorprozessrechnung
verfasst von
Sebastian Fritsch
Copyright-Jahr
2021
Electronic ISBN
978-3-658-35575-3
Print ISBN
978-3-658-35574-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-35575-3

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