IFS Motorenprüfstand

Institut für Fahrzeugtechnik Stuttgart (IFS)

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Die Optimierung von verbrennungsmotorischen Antrieben (Otto- und Dieselmotoren) sowie von Hybrid- und Brennstoffzellenantrieben stehen im Fokus des Lehrstuhls für Fahrzeugantriebe.

Lehrstuhlinhaber: Prof. Dr.-Ing. Michael Bargende

Forschungsschwerpunkte

Neben der anwendungs- und grundlagenorientierten Lehrtätigkeit im Bereich Fahrzeugantriebe forschen die Mitarbeiter des Lehrstuhls Fahrzeugantriebe in dem Schwerpunkt „Wirkungsgradsteigerung und Emissions- sowie Geräuschminimierung von Fahrzeugantrieben“. Hierbei stehen die systemische Optimierung von verbrennungsmotorischen Antrieben (Otto- und Dieselmotoren) sowie von Hybrid- und Brennstoffzellenantrieben besonders im Fokus.

Folgende Schwerpunkte werden vom Lehrstuhl für Fahrzeugantriebe bearbeitet:

Forschungsprojekte

Hybridantriebe

48V-Mild-Hybrid (MHEV) mit teilhomogener Dieselverbrennung

Laufzeit: 01.01.2018 - 30.09.2020

Ansprechpartner: Jan Klingenstein, M.Sc. und Andreas Schneider, M.Sc.

Projektbeschreibung:
Im Zuge der sich immer mehr verschärfenden Abgasgesetzgebung und der geplanten Einführung der Typgenehmigung im realen Fahrbetrieb müssen speziell für den Dieselmotor Wege gefunden werden, um die vergleichsweise hohen Stickstoffoxid- und Partikelemissionen zu reduzieren. Neben der Elektrifizierung des Antriebsstrangs bietet die Adaption eines teilhomogenen Brennverfahrens eine weitere Lösungsmöglichkeit zur Entschärfung dieses Zielkonfliktes. Besonders für den transienten Motorbetrieb verlangt die ausgeprägte Sensitivität der teilhomogenen Verbrennung auf veränderte Randbedingungen im Luft- und Kraftstoffpfad ein genaues Steuer- bzw. Regelverhalten des Verbrennungsmotors. Die, mit diesem alternativen Brennverfahren einhergehenden, erhöhten Kohlenwasserstoff-Emissionen erfordern den Einsatz eines elektrisch beheizten Katalysators in Verbindung mit dem 48V-Bordnetze eines milden Diesel-Hybrids. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Optimierung der Betriebsstrategie für einen Dieselhybridverbund mit teilhomogener Verbrennung unter Berücksichtigung der Abgasnachbehandlung. Eine Phlegmatisierung des Dieselmotors mit angepasster Verbrennungsregelung erlaubt die Kompensation der Luftpfadträgheit in transienten Phasen und ermöglicht so eine weitere Reduktion der Emissionen. Im Rahmen des beantragten Vorhabens soll das Konzept für reale, RDE-relevante Fahrzustände optimiert werden. Wird im Projekt durch den Versuchsträger nachgewiesen, dass ein Konzept im städtischen Bereich zu einer Reduktion der Schadstoffbelastung führt, ist dies von volkswirtschaftlichem und gesellschaftlichem Gesamtinteresse.

Kernziele des Vorhabens: Kraftstoff- und Schadstoffreduktion durch homogenes Dieselbrennverfahren und Elektrifizierung des Antriebstranges.

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Antriebsstrang 2040

Projektlaufzeit: 01.04.2019 – 30.09.2021

Ansprechpartner: Tobias Stoll, M.Sc.

Projektpartner: Universität Stuttgart, Institut für Akustik und Bauphysik (IABP)

Projektbeschreibung:

Die Studie untersucht mögliche Antriebsstrangkonfigurationen zum Erreichen der CO2-Ziele im Jahr 2040. Es werden eine Limousine, ein Sports Utility Vehicle (SUV) und ein leichtes Nutzfahrzeug (~5 t Zuladung) betrachtet. Im ersten Arbeitsschritt wird der Markt und die Gesetzgebung anhand bestehender Studien und Zielvorgaben untersucht. In einem zweiten Arbeitsschritt erfolgt die Betrachtung möglicher Antriebsstrangkonfigurationen für die zu untersuchenden Fahrzeugtypen. Anschließend werden die vielversprechendsten Fahrzeugkonzepte für eine weiterführende Betrachtung und Simulation ausgewählt. Parallel zur Simulation der Fahrzeugtypen erfolgt eine Analyse der Umweltwirkung der ausgewählten Fahrzeugkonzepte durch ein Life Cylce Assesment. Hierbei werden die Fahrzeugproduktion, die Kraftstoffproduktion (well to tank) und der Kraftstoffverbrauch (tank to wheel) des Fahrzeugs untersucht.

Kernziele des Vorhabens: Gegenüberstellung des Verbrauchs, als auch der Umweltwirkung (CO2-Emissionen) verschiedener zukünftiger Antriebsstrangtechnologien über den gesamten Lebenszyklus eines Fahrzeuges.

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Antriebstrangsynthese

Projektlaufzeit: 01.05.2018 – 30.04.2021

Ansprechpartner: Ralf Kleisch, M.Sc.

Projektbeschreibung:

Die fortschreitende Elektrifizierung von Fahrzeugen führt heute zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Antriebsstrangarchitekturen. Insbesondere hybride Antriebsstrangkonfigurationen, die einen Verbrennungsmotor beinhalten und eine oder mehrere elektrische Maschinen, machen dabei einen Großteil der möglichen Architekturen aus.

Um den richtigen Antriebsstrang aus dieser Vielfalt, basierend auf der richtigen Wahl der Topologie sowie der Bestimmung der einzelnen Komponenten, auszuwählen, wird ein Optimierungswerkzeug benötigt, das in der Lage ist, die optimale Antriebskonzepte auf der Grundlage spezifischer Fahranforderungen zu bewerten und identifizieren. Um die Vielfalt der Konzepte beherrschen zu können, werden die optimalen Antriebsstränge in verschiedenen Stufen berechnet. Eine benutzerdefinierte Fahranforderung wird mit Hilfe der entwickelten Toolkette anhand verschiedener Optimierungsalgorithmen für mehrere Antriebsstrangkonfigurationen und unterschiedliche Granularitätsstufen berechnet.

Kernziele des Vorhabens:

Simulationsgestützte Ermittlung optimaler Hybrid-Antriebsstrangkonfigurationen hinsichtlich Topologie und Komponentendimensionierung

Fördermittelgeber: Promotionskolleg HYBRID

Motorakustik-Tribologie-Reibung

Kolbenbolzenlagerung II

Laufzeit: 01.04.2017 bis 31.03.2020

Ansprechpartner: Denise Branciforti, M.Sc.

Projektpartner:

Universität Kassel, Institut für Antriebs- & Fahrzeugtechnik

HAWK, Hildesheim/Holzminden/Göttingen

Institut für Analytische Messtechnik Hamburg e. V., IAM-Hamburg e. V.

Projektbeschreibung:
Erhöhung der Betriebssicherheit der Kolbenbolzenlagerung. Im Rahmen des abgeschlossenen Forschungsvorhabens "Kolbenbolzenlagerung" konnte die lokale zeitliche und räumliche Schmierfilmbildung in den kolben- und pleuelseitigen Bolzenlagern als eine wesentliche Einflussgröße auf das Bewegungs- und Tragverhaltens des Kolbenbolzens identifiziert werden. Bislang liegen allerdings nur unzureichende Kenntnisse über die genauen Transportmechanismen zur Schmierstoffversorgung der Bolzenlager vor, die für eine Simulation der Schmierungsverhältnisse an den Lagerrändern und im Inneren erforderlich sind. Ziel des Vorhabens ist es, über ein verbessertes Verständnis der Ölversorgungssituation und der Identifikation von kritischen Mischreibungs- und Teilfüllungszuständen eine betriebssichere Auslegung der Kolbenbolzenlagerung zu erreichen. Experimentelle Untersuchungen liefern hierzu genaue Informationen über zeitlich veränderliche Festkörperkontakte in den Lagerstellen, sowie Reibwertkennfelder in Abhängigkeit der Temperatur, der Materialpaarung und des Schmierstoffzustandes. Die Ergebnisse werden mit den Simulationsergebnissen abgeglichen und führen - aufbauend auf der vorhandenen Software - zu einem verbesserten Simulationsmodell zur Analyse und Optimierung der Kolbenbolzenlagerung. Mit Hilfe der experimentellen und simulatorischen Erkenntnisse erfolgt eine Definition schadensrelevanter Mechanismen mit dem Ziel einer betriebssicheren Auslegung und der Reduktion der CO2-Emission durch Minimierung der Reibleistung.


Kernziele des Vorhabens:
Definition schadensrelevanter Mechanismen der Kolbenbolzenlagerung - betriebssichere Auslegung und der Reduktion der CO2-Emission durch Minimierung der Reibleistung.

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen / Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Methode zur Reibungsmessung während des Zündvorgangs

Projektlaufzeit: 01.04.2018 - 31.09.2020

Ansprechpartner: Kevin Huttinger, M.Sc.

Projektpartner:

Universität Kassel, Institut für Antriebs- & Fahrzeugtechnik

Projektbeschreibung:

Zunehmender Verbrennungsdruck ist bei der Hubraumreduzierung von Motoren (Downsizing) unvermeidbar. Selbst wenn dabei die Haltbarkeit der Motoren aufrechterhalten werden kann, ist es nicht wünschenswert, die Reibungsverluste zu erhöhen. Die Reibung hängt hauptsächlich von der Verbrennungsdruckkurve ab. Im Allgemeinen wird angenommen, dass die Reibung von der Größe des Verbrennungsdrucks abhängig ist. Abhängig von der Charakteristik der Druckkurve, d.h. Größe und Kurbelwinkellage des Spitzendrucks treten trotz konstantem indiziertem Mitteldruck und konstanter Drehzahl aber Reibungsunterschiede auf. Der Grund dafür ist wahrscheinlich die Änderung des Schmierungszustandes. In der Motorentwicklung variiert die Verbrennungsdruckkurve in Abhängigkeit des Betriebspunkts und des Motortyps, so dass das Design unter Berücksichtigung dieses Effekts optimiert werden sollte. In den letzten Jahren hat die Betriebshäufigkeit bei niedrigen Öltemperaturen z.B. durch HEV zugenommen, weshalb die Optimierung über einen weiten Temperaturbereich erfolgen soll. Daher sind die Schmierungsbedingungen und die Reibung in Abhängigkeit von der Verbrennungsdruckkurve und der Öltemperatur genau zu simulieren und durch hochgenaue Prüf- und Messtechnik zu validieren. Damit können der Verbrennungsprozess und die Öltemperatur in einem frühen Entwicklungsstadium optimiert werden. Gleichzeitig sollte es möglich sein, eine gleichwertige Haltbarkeit mit kostengünstigeren Lagern zu erreichen. Letztendlich ist es wünschenswert, das Modell innerhalb des FVV-Zylindermoduls verwenden zu können.

Kernziele des Vorhabens: Methodenentwicklung zu Messung der Lagerreibung unter dem Einfluss der Zylinder-Druck Kurve.

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Verbrennungsmotorische Antriebe

Basismodell Klopfen und Einflussgrößen

Projektlaufzeit: 01.06.2018 – 30.11.2020

Ansprechpartner: Marco Hess, M.Sc.

Projektpartner:

RWTH Aachen, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (VKA)

RWTH Aachen, Institut für Technische Verbrennung (ITV)

Projektbeschreibung:

Bei Turbo-Ottomotoren ist Klopfen eine der wichtigsten Auslegungsgrenzen. Gleichzeitig ist es eines der in der 0D/1D-Simulation am schwierigsten vorhersagbaren Phänomene. Hieraus ergibt sich eine wesentliche Einschränkung bzgl. der Vorhersagefähigkeit von 1D-Modellen von Turbo-Ottomotoren, z.B. bei der Anwendung in Konzeptstudien. Die letzten Arbeiten innerhalb der FVV am 0D-BasisKlopfmodell fanden i.W. von 1998-2001 (Vorhaben "Klopfkriterium") statt, einige Ergänzungen folgten im Vorhaben "wirkungsgradoptimaler Ottomotor II" (2009). In den letzten 17 Jahren seit dem FVV-Vorhaben "Klopfkriterium" hat sich sowohl die Motorentechnologie weiterentwickelt (das FVV-Projekt "Klopfkriterium" wurde 2001 noch am Saugmotor durchgeführt), ebenso konnten viele Erfahrungen mit den Modellen von 2001 und 2009 gesammelt werden. Hieraus ergeben sich vielfältige Ideen zu möglichen Modellverbesserungen und Erweiterungen. Bisherige und beantragte FVV-Projekte zur Weiterentwicklung der 0D/1D-Klopfmodelle beschränken sich auf spezielle Anwendungsfälle (z.B. VL-AGR, methanbasierte Kraftstoffe). Eine Weiterentwicklung des "Basis-Klopfmodells" fand in den letzten 17 Jahren nicht statt, obwohl viele Erfahrungen mit diesem Modell bei FVV-Mitgliedern gewonnen werden konnten. Ziel dieses Vorhabens ist die Weiterentwicklung des "Basismodells", um eine höhere Vorhersagegüte erreichen zu können. Diese Weiterentwicklung sollte zum einen Modellgrenzen und -unsicherheiten bei aktuellen Anwendungen adressieren, zum anderen sollte das Modell gleichzeitig für zukünftige Anforderungen validiert oder ggf. erweitert werden.

Kernziele des Vorhabens: Weiterentwicklung von Klopfmodellen für die 0D/1D-Motorprozessrechnung für aktuelle und zukünftige Anforderungen.

Weiterentwicklung des "Basis-Klopfmodells-0D/1D".

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Emissionsmodellierung der dieselmotorischen Verbrennung mit variabler Ventilsteuerung

Projektlaufzeit: 01.08.2016 - 29.02.2020

Ansprechpartner: Qirui Yang, M.Sc.

Projektpartner:

TU Berlin, Institut für Land- und Seeverkehr, FG Fahrzeugantriebe (VKM)

Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Elektrische und Thermische Energiesysteme, Lehrstuhl Thermodynamik/Thermische Verfahrenstechnik

Projektbeschreibung:

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erarbeitung und Analyse von motorischen Zusammenhängen von variablen Ventilerhebungskurven auf Rohemissionen, Verbrauch, Abgastemperaturen und Wechselwirkungen. Dabei soll besonders auf die Vorhersage von NOx- HC- und CO-Rohemissionen eingegangen werden. Die Wechselwirkungen der variablen Ventilsteuerzeiten auf andere Komponenten des Luftpfades soll dabei ganzheitlich mit untersucht werden. Dafür wird eine Kombination aus 0-D-, Q-D-, 1-D- und auch 3-D-Simulationen basierend auf detaillierter chemischer Kinetik sowie Experimenten mit einem Einzylinder-Forschungsmotor mit vollvariablem Ventiltrieb vorgeschlagen.
Durch den Abgleich von 0-D, 1-D und 3-D Simulationsmodellen wird die Übertragbarkeit der Erkenntnisse auf bauähnliche Motoren der einzelnen Original Equipment Manufacturers (OEM) gewährleistet.

Die voraussichtlichen Ergebnisse dieses Projekts sind:

  • Umfangreiche Messdaten, die die verschiedentlichen Zusammenhänge des Einsatzpotentials variabler Ventiltriebe bei Dieselmotoren zeigen. Durch den Einsatz eines vollvariablen, elektrohydraulischen Ventiltriebs können die unterschiedlichen Effekte einzelner Ventilhubsstrategien gezielt dargestellt werden.

  • Eine 0-D basierte Simulationsmethode, die die Effekte von variablen Ventilsteuerzeiten auf die Abgasemissionen in Dieselmotoren berechnen kann. Das stochastische Reaktormodell wird für einen vorgegebenen Motor abgestimmt, um die Motorleistungs-parameter und die Abgasemissionen abhängig von der VVT Strategie und für das gesamte Motorkennfeld zu simulieren. Weiterhin erlaubt diese Methode eine Optimierung der VVT Strategie hinsichtlich der Minimierung der Rohemissionen.

Kernziele des Vorhabens: Emissionsmodellierung der dieselmotorischen Verbrennung mit variabler Ventilsteuerung.

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

HC/CO-Modell

Projektlaufzeit: 01.01.2018 - 30.04.2020

Ansprechpartner: Christian Schnapp, M.Sc.

Projektbeschreibung:

In diesem Projekt wird ein phänomenologischer 0D/1D-Ansatz erarbeitet um die innermotorische Bildung der Rohemissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid für Dieselmotoren zu simulieren. Das Modell soll das Niveau der HC- und CO-Emissionen sowohl in stationären als auch in transienten Betriebsbedingungen vorhersagen. Die Ergebnisse des Modells für die HC- und CO-Bildung sind sowohl für die Emissionsvorhersage und darüber für die Abgasnachbehandlung und den Regenerationsbetrieb interessant. Außerdem sind diese Emissionen beim Dieselmotor je nach Betriebspunkt für eine präzise Vorhersage des Wirkungsgrades und damit des Kraftstoffverbrauchs relevant. Zur Vorhersage der Bildung von HC und CO muss das Modell die relevanten Inhomogenitäten bei der dieselmotorischen Verbrennung abbilden. Hierbei sind insbesondere die lokal mageren und fetten Bereiche relevant. Wobei für die HC-Emissionen zusätzlich noch die Flammenlöschung in der Nähe der Brennraumwände relevant ist. In Kombination mit stark vereinfachten chemischen Reaktionsmechanismen lassen sich mit diesen modellierten Inhomogenitäten die HC- und CO-Bildung vorhersagen.

Kernziele des Vorhabens: Simulation der innermotorischen Bildung der Rohemissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid für Dieselmotoren.

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Gemischhomogenisierung Otto

Projektlaufzeit: 01.01.2017 - 30.06.2019

Ansprechpartner: Sebastian Fritsch, M.Sc.

Projektbeschreibung:

Direkteinspritzung gehört bei modernen Ottomotoren aufgrund zahlreicher Vorteile inzwischen zu den Standardtechnologien, ihr Einfluss auf die Turbulenz und Homogenität im Brennraum kann von bestehenden 0D/1D-Modellen jedoch nicht abgebildet werden. Ziel dieses Vorhabens ist es daher, Untermodelle hierfür zu entwickeln und in bestehende Turbulenz-, Brennverlaufs- und Zyklenschwankungsmodelle zu integrieren, woraus ein wertvoller Gewinn an Vorhersagekraft erreicht wird. Der Lösungsweg sieht vor, aufbauend auf der Methodik des erfolgreichen Vorgängervorhabens, zunächst aufbauend auf 3D-CFD-Simulationen als Referenz den Einfluss der Direkteinspritzungen auf die Ladungsbewegung (z. B. Tumble) zu analysieren und so das bestehende Turbulenzmodell weiterzuentwickeln. Analog soll mit 3D-CFD-Simulationen als Referenz aus Kenngrößen des Ladungswechsels, dem erweiterten Turbulenz- und Ladungsbewegungsmodell sowie charakteristischen, zu entwickelnden Kennzahlen ein phänomenologisches Homogenisierungsmodell entwickelt werden. Dieses soll dann schließlich in die bestehenden Brennverlaufs- und Zyklenschwankungsmodelle in geeigneter Form integriert werden. Als Ergebnis stehen verbesserte Modelle zur Verfügung, mit denen erstmals im 0D/1D-Bereich der Einfluss von Direkteinspritzungen bei Ottomotoren vorhersagefähig simuliert werden kann. Damit wird dann bspw. die Entwicklung von Mehrfacheinspritzstrategien für eine optimierte Gemischhomogenisierung ebenso möglich wie die Berücksichtigung von Homogenisierungsunterschieden bei variablen Ventilsteuerzeiten.

Kernziele des Vorhabens: Entwicklung eines quasidimensionalen Modells zur Beschreibung der Interaktion zwischen Direkteinspritzung und Ladungsbewegung sowie der Gemischhomogenisierung unter Berücksichtigung unterschiedlicher Ladungswechselstrategien.

Entwicklung von Modellen im 0D/1D-Bereich zur vorhersagefähigen Simulation des Einflusses von Direkteinspritzungen bei Ottomotoren

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV)  zur Verfügung.

Abschlussbericht

Gemischhomogenisierung Otto II

Projektlaufzeit: 01.07.2019 - 31.03.2022

Ansprechpartner: Daniel Ismail Mir, M.Sc.

Projektpartner:

RWTH Aachen, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (VKA)

Projektbeschreibung:

Aufgrund des großen Wirkungsgradsteigerungspotenzials sind homogen-magere Ottobrennverfahren als Technologie für 2025+ verstärkt in der Betrachtung. Hierbei spielt die verlässliche Vorhersage der Rohemissionen eine essenzielle Rolle. Aufgrund der häufigen Motorstarts mit potentiell ausgekühlter Abgasnachbehandlung nehmen auch bei stark hybridisierten stöchiometrischen Konzepten die Rohemissionen an Bedeutung zu. Die NO-Bildung im Ottomotor hängt insbesondere bei Luftüberschuss stark vom Homogenisierungsgrad im Verbrannten ab. Die CO-Emissionen werden ebenfalls von der lokalen Temperatur beeinflusst. Das Hauptziel ist daher das im Vorgängervorhaben entwickelte Inhomogenitätsmodell für die unverbrannte Masse auf die verbrannten Bereiche zu erweitern und somit die exakte NO- und CO-Rohemissionsvorhersage zu ermöglichen. Hierbei sind auch die zyklischen Schwankungen der Inhomogenitäten abzubilden sowie die NO- und CO-Bildungsmechanismen genau zu beschreiben. Das Forschungsvorhaben ist von großer wirtschaftlichen Bedeutung, da die Ergebnisse gezielt in die Motorauslegung und - entwicklung sowie die Entwicklung von Systemkomponenten, Simulationssoftware, Entwicklungswerkzeugen und Motorsteuersystemen bei KMU einfließen. Zudem wird die belastbare Simulation von homogen-mageren Ottobrennverfahren zur Erfüllung gesetzlicher Auflagen hinsichtlich Schadstoffausstoß und CO2-Reduktion beitragen. Eine industrielle Umsetzung ist dabei durch standardisierte Tools und das Bereitstellen eines lauffähigen Programms (FVV-Zylindermodul) sowie umfangreicher Dokumentation mit begleitender Einführungsschulung schnell und mit geringem finanziellem Aufwand möglich. Als Transfermaßnahmen stellen zudem die Veröffentlichung von Dissertationen und des Abschlussberichts, die Verwendung der Ergebnisse in Lehre und Weiterbildung, Vorträge und Präsentationen sowie ein möglicher Personaltransfer in die Industrie auch nach Abschluss des Vorhabens den langfristigen Nutzen der Projektergebnisse sicher.     

Kernziele des Vorhabens: Modellierung des Inhomogenitätsgrades und der Rohemissionsbildung im verbrannten Gemisch bei homogenen und insbesondere homogen-mageren Ottomotoren.

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

 

Abschlussbericht

ICE2025+: Ultimate System Efficiency

Laufzeit: 01.03.2018 - 31.10.2020

Ansprechpartner: Feyyaz Negüs, M.Sc. und Viktoria Kelich, M.Sc.

Projektpartner:

RWTH Aachen, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (VKA)

TU Braunschweig, Institut für Verbrennungskraftmaschinen (IVB)

TU Darmstadt, Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe (VKM)

Projektbeschreibung:
CO2-Ziele im Bereich von 68 bis 75 g CO2/km werden ab 2025 innerhalb der Europäischen Union erwartet. Dieses ehrgeizige Ziel wird nur mit einer großen Eindringtiefe von hybridisierten Antriebssträngen erreicht. Daraus ergibt sich die Aufgabe für jeden Hersteller, ein Antriebssystem mit einem günstigen Kosten-Nutzen-Verhältnis zu entwickeln. Integraler Bestandteil eines solchen Systems wird höchstwahrscheinlich ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor sein.

Die CO2-Vorteile sollten sowohl durch einen durchdachten Einsatz der Hybridisierung (Lastpunktverschiebung, Rekuperation, etc.) als auch durch die Verbesserung des Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors selbst entstehen. Zu diesem Zweck sollten mehrere Technologien und deren Kombinationen untersucht werden, wie z.B. höhere Verdichtungsverhältnisse in Kombination mit Miller, hochbelastbare AGR oder schlagfeste Kraftstoffe. Ziel des Projekts ist die Optimierung des Verbrennungsmotors mit dem Ziel, einen Gesamtmotorwirkungsgrad von nahezu 45% in den für den Betrieb von HEVs oder PHEVs relevanten Motorbetriebspunkten zu erreichen. Das Ergebnis des Projekts ist eine Bewertung, welche Technologien in Bezug auf den Gesamtmaschinenwirkungsgrad am effektivsten sind, ein minimales Risiko darstellen und vorzugsweise ergänzend zur Verbesserung der Motoreneffizienz eingesetzt werden können.


Kernziele des Vorhabens:
Die Untersuchung des Fremdzündungsmotors auf seinen Wirkungsgrad durch 0D/1D-Simulation.

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

 

Methan-Kraftstoffe II: Verbrennungsmodellierung

Laufzeit: 01.04.2016 - 31.12.2019

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Marcel Eberbach und Sebastian Hann, M.Sc.

Projektbeschreibung:
Experimentelle Klopfuntersuchungen an einem höherverdichtenden Einzylinderaggregat zur Identifikation, Quantifizierung und Modellierung der Einflüsse ausgewählter Bestandteile methanbasierter Kraftstoffe auf die Wärmefreisetzung im ottomotorischen Betrieb.


Kernziele des Vorhabens:
Entwicklung phänomenologischer Klopfmodelle zur Beschreibung der Verbrennung und des motorischen Klopfens. Vergleich und Analyse der Wärmefreisetzung bei klopfendem Motorbetrieb mit hochoktanigen Flüssigkraftstoffen und (gasförmigen) methanbasierten Kraftstoffen für gleiche Betriebspunkte.

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Methodische Untersuchung und ganzheitliche Potentialbewertung zukünftiger Antriebskonzepte zur CO2 – Neutralität im Rennsport

Projektlaufzeit 15.04.2016 bis 14.04.2019

Projektpartner  Audi AG

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende 

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Berner

Telefon +49 711 685-65714

Methodische Untersuchung und ganzheitliche Potentialbewertung zukünftiger Antriebskonzepte zur CO2 - Neutralität im Rennsport

Die globale Erwärmung aufgrund von Treibhausgasemissionen stellt eine der größten Herausforderungen für die Menschheit dar und fordert die Automobilindustrie. Aufgrund seiner Vorreiterrolle ist auch der Motorsport mit dieser Problemstellung konfrontiert und hat die Aufgabe die Entwicklung von technischen Lösungen zur Reduzierung der Umweltauswirkungen voranzutreiben. Erste Schritte in Richtung Nachhaltigkeit sind die Effizienzreglements, die 2014 in der FIA Formel 1 und der FIA World Endurance Championship eingeführt wurden, sowie die Beimischung von Biokraftstoffen und die Einführung von Hybridsystemen in diesen beiden Rennserien. Der Fokus auf globale Nachhaltigkeit und die Integration dieses Aspektes in das Reglement steht jedoch noch aus. Daher werden im Rahmen des Promotionsprojektes nachhaltige Hochleistungskonzepte für den Langstreckenrennsport ganzheitlich umweltbilanziell und technologisch untersucht.

Kernziele des Vorhabens sind

Umweltbilanzielle und technologische Untersuchung diverser Antriebskonzepte und Kraftstoffe für den Einsatz in einem nachhaltigen Motorsport der Zukunft.

Pkw-CNG-Zündstrahlverfahren

Projektlaufzeit: 01.08.2017-31.07.2020

Ansprechpartner: Simon Hummel, M.Sc.

Projektbeschreibung:

Untersuchungen zu einem CNG-Zündstrahl-Brennverfahren

Bei der Darstellung von monovalenten CNG-Brennverfahren mit hohen Spitzendrücken stellen die aktuell in Ottomotoren eingesetzten Zündsysteme eine Restriktion dar. Zündstrahlsysteme, welche durch die Selbstzündung von geringen Mengen eines zündwilligen, direkt eingebrachten Kraftstoffes (z.B. Dieselkraftstoff) gekennzeichnet sind, bieten hier eine interessante Alternative. Deshalb soll im Rahmen dieses Projekts untersucht werden, in wie weit mittels verschiedener Kraftstoffe, die mit einem Benzin-Einspritzsystem eingespritzt werden, eine Zündung für ein Erdgas/Luft-Gemisch dargestellt werden kann. Das Zündstrahlverfahren wird bis dato in Großmotoren eingesetzt. Ziel dieses Projekts ist eine Potenzialabschätzung der zu untersuchenden Kraftstoffe und eine Bewertung dieses Konzepts für Motoren in Pkw-Größe. Dazu werden zunächst optische Untersuchungen am flüssigen Zündstrahl vorgenommen. Mittels Highspeed-Fotografie und PDA-Messtechnik können die detaillierten Eigenschaften des Zündstrahls erforscht und optimiert werden. Nachfolgend wird das Brennverfahren auf einem Einzylinderforschungsmotor am Prüfstand umfangreich untersucht.

Kernziele des Vorhabens: Potenzialabschätzung der zu untersuchenden Kraftstoffe und Gesamtbewertung des Konzepts Zündstrahl-Brennverfahren für Pkw-Gasmotoren.

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Optische Strahl-Analyse als Basis für die 3D-CFD Simulation QuickSim

Projektlaufzeit 01.06.2017 bis 31.05.2020

Projektpartner

Universität Stuttgart

IVK Lehrstuhl

Fahrzeugantriebe

Herr Prof. Dr.-Ing. M. Bargende

Herr Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Berner

Ansprechpartner

Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Prof. Dr.-Ing. M. Bargende 

Hans-Jürgen Berner

Telefon 0711 685-65714

Optische Strahl-Analyse zur verbesserten 3D-CFD Simulation der Kraftstoff-Einspritzung in QuickSim

Ziel des Vorhabens ist die Nutzung eines PDA-Labors zur Durchführung optischer Kraftstoffstrahlanalysen, unter Verwendung unterschiedlichster Injektorgeometrien, zur grundlegenden Validierung der numerischen Beschreibung von Einspritzprozessen in der schnellen 3D-CFD Simulation (QuickSim) von Verbrennungsmotoren. Dazu müssen die laseroptischen Elemente des PDAPrüfstands hochpräzise ausgerichtet und justiert werden. Anschließend soll die Prüfstandssoftware ergänzt und nach einer Sensitivitätsanalyse der Toolkette in eine automatisierte Messdatenauswertung eingebettet werden. Durch die zeitliche und örtliche Sprayentwicklung, die sich aus den gemessenen Geschwindigkeits- und Tropfengrößenverteilungen ergibt, können die Startbedingungen des 3D-CFD Simulationstools QuickSim validiert und in einem iterativen Prozess verbessert werden.

Kernziele des Vorhabens sind Die sprayspezifischen Startbedinungen in der 3D-CFD Software QuickSim sollen auf der experimentellen Basis eines PDA-Prüfstandes, der dazu justiert und automatisiert werden muss, validiert und iterativ verbessert werden.

Fördermittelgeber Promotionsstipendium der Vector Stiftung

Turbulenzmodellierung II

Projektlaufzeit: 01.07.2016 - 31.07.2019

Ansprechpartner: Sven Fasse, M.Sc.

Projektbeschreibung:

Entwicklung dynamischer Ladungsbewegungskennzahlen für eine quasidimensionale Turbulenzmodellierung und dynamischer Durchflussbeiwerte für eine genauere Ladungswechselberechnung.

Bislang werden Ventildurchflusskoeffizienten separat für Ein- und Auslassseite, bei geringem Druckverhältnis und synchronem Ventilhub ermittelt. Im realen Motorbetrieb weichen die Strömungsfälle, u.a. bedingt durch Ventiltriebsvariabilitäten, häufig davon ab. Diese Fälle sollen nun für die 0D/1D-Motorensimulation modelliert werden. Dies umfasst auch die Umstellung eines bislang empirischen auf ein phänomenolgisches Einströmturbulenzmodell und die Erweiterung eines bestehenden Tumble-Ladungsbewegungs- und Turbulenzmodells für kombinierte Drall-Tumble-Ladungsbewegungen.

Kernziele des Vorhabens:

  • Entwicklung von Ventildurchflusskoeffizienten für hohe Druckverhältnisse, Strömungspulsation, Ventilüberschnitt und Einlassventilhubphasing/Kanalabschaltung
  • Entwicklung eines phänomenologischen Einströmturbulenzmodells
  • Entwicklung eines Ladungsbewegungs- und Turbulenzmodells für kombinierte Drall-Tumble-Ladungsbewegung

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Thermodynamik Feuerstegvolumen

Laufzeit: 01.01.2017 - 31.03.2020

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Berner, Markus Koch, M.Sc.

Projektbeschreibung:
Untersuchung und physikalisch/chemisch-basierte Modellierung im Sinne einer Energiebilanz der Einflüsse des zeitlich veränderlichen Anteils der unverbrannten Masse in Wandnähe und im Feuersteg

Untersuchung und physikalisch/chemisch-basierte Modellierung im Sinne einer Energiebilanz der Einflüsse des zeitlich veränderlichen Anteils der unverbrannten Masse in Wandnähe und im Feuersteg. Die Einflussnahme der Interaktion zwischen Feuerstegvolumen und wandnaher Bereiche und dem Brennraum in der Verbrennungsphase nach dem Erreichen des Spitzendrucks sollen zunächst modellierungsorientiert experimentell untersucht werden und basierend auf diesen Erkenntnissen soll ein Modell zur Abbildung der wandnahen Phänomene der Wärmefreisetzung im Sinne einer momentanen Energiebilanz entwickelt werden. Ein besseres Verständnis der Interaktion zwischen Feuerstegvolumen und Brennraum ist eine notwendige Randbedingung, um die Auswirkungen der unverbrannten Gemischmasse im Feuersteg beschreiben zu können und für die Analyse und Simulation direkt nutzbar zu machen.

Kernziele des Vorhabens:
Ein besseres Verständnis der Interaktion zwischen Feuerstegvolumen und Brennraum Beschreibung der Auswirkungen der unverbrannten Gemischmasse im Feuersteg

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen / Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Auswirkungen auf Luftpfad, Ladungswechsel und Abgassystem bei der optimierten Auslegung von Dieselmotoren für den eFuel OME zum Einsatz in Fernstrecken-Lkw

Projektlaufzeit: 01.01.2018 bis 31.12.2019

Ansprechpartner: Qirui Yang, M.Sc.

Projektbeschreibung:

Bei Fernstrecken-Lkw werden batterieelektrische Antriebe aufgrund des Verlustes an Nutzlast und Reichweite auch langfristig die Ausnahme bleiben. Um dennoch CO2-Neutralität zu erreichen, erscheint der Einsatz von strombasierten, synthetischen Kraftstoffen (eFuels) als sinnvoller Weg, speziell die Gruppe der Oxymethylenether (OME) als Ersatz für konventionellen Dieselkraftstoff gilt hier wegen seiner rußfreien Verbrennung als vielversprechend. Die Auswirkungen des Einsatzes von OME wirken sich dabei vielfältig auf Luftpfad, Ladungswechsel und Abgassystem und andere Subsysteme des Fahrzeugs aus.

Kernziele des Vorhabens:

Ziel des Vorhabens ist daher, diese Auswirkungen detailliert zu analysieren und den Weg für eine Praxisanwendung zu ebnen, die einen enormen Beitrag für eine bessere Umweltverträglichkeit – sowohl hinsichtlich Schadstoffemissionen als auch in Bezug auf den Treibhauseffekt – speziell des Güterverkehrs zu leisten im Stande ist.

Fördermittelgeber: Fördermittelgeber Friedrich und Elisabeth Boysen-Stiftung

Partiell vorgemischte Dieselbrennverfahren mit Mehrfacheinspritzungen

Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2020

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Berner, Marvin Wahl, B.Sc., Viktoria Kelich, M.Sc.

Projektpartner: ETH Zürich, Aerothermochemistry and Combustion Systems Laboratory (LAV)

Projektbeschreibung:

Die partiell vorgemischte Kompressionszündung (PCCI) gilt als vielversprechendes Diesel-Verbrennungskonzept für extrem niedrige Emissionen mit hoher Prozesskontrollierbarkeit. Für niedrige Last-/Drehzahl-Motorbetriebspunkte hat PCCI bereits die gleichzeitige Verringerung von Ruß- und NOx-Rohemissionen nachgewiesen und damit einen Ausweg aus dem bestehenden NOx/Ruß-Konflikt der konventionellen Dieselverbrennung aufgezeigt. Die aktuelle Forschung und Entwicklung im Bereich der Dieselverbrennung, insbesondere bei Optimierungsprozessen, stützt sich auf numerische Methoden. Zuverlässige phänomenologische Verbrennungs- und Zündverzögerungsmodelle haben sich hierbei als besonders geeignet für Parameterstudien erwiesen. Die meisten Zündverzögerungsmodelle wurden jedoch für die konventionelle Dieselverbrennung entwickelt.

In diesem Projekt sollen daher neue Zündverzugsmodelle dargestellt werden, welche die Zündverzögerungen für den PCCI-Betrieb mit Mehrfacheinspritzungen für die 0D-Simulation vorhersagen. Zu diesem Zweck sollen Messungen an einem Einzylinder-Aggregat durchgeführt werden, um so die PCCI-Verbrennung zu charakterisieren und Daten für die sich anschließende Modellerstellung und -validierung bereitzustellen.

Die Arbeiten am IVK werden in Kooperation mit der ETH-Zürich durchgeführt. Dort werden parallel 3D-CRFD-Simulationsrechnungen mit detaillierter chemischer Kinetik durchgeführt und um umfangreiche Verbrennungsmodelle ergänzt.

Kernziele des Vorhabens:
Erstellung eines Simulationsmodells zur vorhersagefähigen Berechnung des kombinierten physikalisch-chemischen Zündverzugs bei teilhomogenen Diesel-brennverfahren mit Mehrfacheinspritzung.

Fördermittelgeber:

CORNET - Collective Research Networking

BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

FVV - Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

 

 

Dieselverbrennung auf homogenem Grundgemisch

Projektlaufzeit: 01.01.2016 - 31.12.2018

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Michael Grill und Viktoria Kelich, M.Sc.

Projektbeschreibung:

Für die Reduzierung der Kohlenstoffdioxid-Emissionen in Nutzfahrzeugen kann Erdgas mit Methan als Hauptbestandteil als alternativer Kraftstoff genutzt werden. Aufgrund des Kohlenstoff-/Wasserstoff-Atomverhältnisses werden bei gleicher Energiemenge ca. 20% weniger Kohlenstoffdioxidemissionen bei Methan produziert im Vergleich zu Benzin oder Diesel. In dem Forschungs-projekt wurde ein Dual-Fuel-Konzept modelliert. Hierbei soll der Motor weiterhin uneingeschränkt auch für reinen Dieselbetrieb nutzbar sein, im Dual-Fuel-Betrieb wird dann ca. 20 bis 80% des Dieselkraftstoffs durch Erdgas ersetzt.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein phänomenologisches Brennverlaufsmodell entwickelt und validiert. Das Modell basiert zum einen auf umfangreiche Messdaten aus dem Forschungsprojekt. Zum anderen auf den Erkenntnissen von 3D-CFD-Berechnungen und Versuchen an einer Langhub-Kompressionsmaschine, die im Rahmen des Forschungsprojekts an der ETH Zürich durchgeführt wurden. Das Modell bildet physikalische und chemische Vorgänge ab und trägt dem Erkenntnisgewinn der innermotorischen Phänomene bei einer Dieselverbrennung auf homogenem Grundgemisch bei.

Basis der Modellentwicklung war eine intensive Messdatenanalyse. Hierfür wurde u.a. der Diesel-Anteil der DualFuel-Verbrennung mit einem gut abgestimmten Diesel-Brennverlaufsmodell simuliert, um über die Differenz zwischen dem Gesamtbrennverlauf aus der Messdatenanalyse und der modellierten Dieselumsetzung Erkenntnisse zum zeitlichen Ablauf des CNG-Umsatzes zu gewinnen.   

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV)  zur Verfügung.

Schlussbericht

Nachoxidation (HC, CO und Partikel) im Abgaskrümmer bei Ottomotoren

Laufzeit: 01.10.2018 - 30.09.2020

Ansprechpartner: Rodolfo Tromellini, M.Sc., Jan Przewlocki, M.Sc. und Viktoria Kelich, M.Sc.

Projektpartner:

Chiba University National University, Japan

Meiji University, Japan

Projektbeschreibung:

Die Einführung immer dynamischerer Fahrzyklen für die Pkw-Typgenehmigung, wie WLTP- oder sogar Messungen des realen Fahrbetriebs (RDE), erfordert eine Verbesserung des transienten Motorverhaltens bei gleichzeitiger Minimierung der Emissionen. Die Nachoxidation von fetten Verbrennungsprodukten im Abgaskrümmer mit spülender Frischluft ist eine vielversprechende Maßnahme, um dieses Ziel zu erreichen.

Das Spülen des Zylinders verringert den darin enthaltenen Restgasgehalt, reduziert die Brennraumtemperatur und der erhöhte Massenstrom verbessert das dynamische Verhalten des Abgasturboladers. Durch den daraus resultierenden Sauerstoffüberschuss wird ein effektiver Betrieb des Dreiwegekatalysators behindert. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist Bindung des überschüssigen Sauerstoffs durch eine Oxidation mit den Produkten einer fetten Verbrennung aus dem Brennraum. Dadurch kann durch die Erhöhung der Abgasenthalpie das dynamische Verhalten des Turboladers zusätzlich verbessert werden. Die fette Verbrennung senkt außerdem die Temperatur im Brennraum, was die Klopfneigung verringert. Ein weiterer Nutzen der Nachoxidation ist die Möglichkeit, den Katalysator schneller auf Betriebstemperatur zu bringen.

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Nachoxidationsmodells für die 0D/1D-Simulation. Um dieses Modell entwickeln zu können, ist ein tiefes Verständnis des entscheidenden Misch- und Oxidationsprozesses von Spülluft und fetten Verbrennungsprodukten erforderlich.

Im Rahmen dieses Projekts werden 3D-CFD-Simulationen einschließlich der Reaktionskinetik in Kombination mit Prüfstandmessungen durchgeführt. Zur Reduktion der 3D-CFD-Rechenzeit wird ein reduzierter Reaktionsmechanismus, der alle wichtigen chemischen Prozesse der Nachoxidation abdeckt, entwickelt.

Das im Verlauf des Projekts entwickelte Nachoxidationsmodell wird basierend auf Prüfstandmessungen erweitert, um auch Prozesse innerhalb der Turbine abbilden zu können.

Schließlich wird ein RDE-Fahrzyklus simuliert, um zum einen das Potential der Nachoxidation aufzuzeigen und zum anderen den Einfluss kritischer Beschleunigungsmanöver auf die Anwendbarkeit auf Nachoxidation zu bewerten.

Kernziele des Vorhabens: Entwicklung eines Nachoxidationmodells auf 0D/1D Ebene.

Fördermittelgeber:

FVV-EM - FVV-Projekte mit Eigenmittel-Förderung

CORNET - Collective Research Networking

BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Kraftstoffkennzahlen II

Projektlaufzeit: 01.04.2013 – 30.06.2016

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. H.-J. Berner, M. Göldner, M.sc.

Projektbeschreibung:

Die Verbrauchsreduzierung bei gleichzeitiger Senkung der Schadstoffemissionen sind Schwerpunkte der aktuellen Motorenentwicklung. Diesel-Brennverfahren mit partiell vorgemischter Ladung (PCCI) versprechen im Teillastbereich den besten Kompromiss bzgl. Steuerbarkeit, Emissionssenkung und hoher Effizienz [1]. Im Vergleich zum konventionellen Diesel-Brennverfahren wird der chemische Zündverzug (ZV) beim PCCI mit steigender Vormischrate dominanter [2]. Der Fokus aktueller Verbrennungsmodelle liegt jedoch auf dem physikalischen ZV [3]. Um einer gesamtheitlichen Modellierung des ZV von PCCI-Brennverfahren näher zu kommen, wurde im FVV-Forschungsprojekt „Kraftstoffkennzahlen II“, in einem ersten Schritt, der chemische ZV-Anteil näher betrachtet, indem der homogene Grenzfall (HCCI) untersucht wurde. In motorischen Untersuchungen wurden der ZV von Dieselkraftstoffen im HCCI-Betrieb vermessen und dessen Korrelation zur Cetanzahl (CZ) untersucht. Weiterhin wurde ein empirisches 0D-ZV-Modelle, auf Basis eines von 1-Arrhenius-Ansatzes, erstellt. Der charakteristischen Zweistufenzündung der HCCI-Verbrennung wird durch die Integration eines Wärmefreisetzungsmodells Rechnung getragen.

Kernziele des Vorhabens:

  • Beschreibung des Zündverhaltens von Diesel und dieselähnlichen Kraftstoffen bei HCCI-Verbrennung
  • Erstellung eines 0-dimensionalen Zündverzugsmodell für die HCCI-Verbrennung
  • Ableiten einer Kraftstoffkennzahl für homogene bzw. partiell-vorgemischte Dieselbrennverfahren

Fördermittelgeber:

BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie/Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Kraftstoffzusammensetzung zur CO2-Reduktion

Projektlaufzeit: 01.03.2019 - 28.02.2022

Ansprechpartner: Sebastian Croenert, M.Sc.

Projektpartner:

RWTH Aachen, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (VKA)

RWTH Aachen, Institut für Technische Verbrennung (ITV)

Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Elektrische und Thermische Energiesysteme, Lehrstuhl Thermodynamik/Thermische Verfahrenstechnik

Projektbeschreibung:

Die Reduzierung der CO2-Emissionen ist eine weltweite Herausforderung. Um den Problemen auf der ganzen Welt gerecht zu werden, verbessern die Kraftstoffe der neuen Generation die thermische Effizienz des Motors und reduzieren die Emissionen. Aus Sicht der Verbrennungswissenschaft ist es wichtig, Kraftstofftechnologien zu untersuchen, da Ölraffinerieprozesse neben dem Argument zum E-Fuel noch ein großes Potenzial zur CO2-Reduktion haben. Daher möchten wir uns auf die Kraftstoffe der neuen Generation konzentrieren, die die Magerverbrennung und die AGR-Verbrennung verbessern und das Klopfen aus verbrennungswissenschaftlicher Sicht mildern. Hauptziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer Motor- und Kraftstoffkooptimierungsmethode, um zu bewerten, wie die Kraftstoffzusammensetzung einen systematischen Beitrag zu umweltfreundlichen Antriebssträngen leisten kann. Die Methodik zielt darauf ab, das Betriebsverhalten des Motors und den Kraftstoff bei gleichzeitiger Verbesserung der Verbrennungseigenschaften zu optimieren. Das Projekt wird thematisch in fünf Arbeitspakete unterteilt: Kraftstoffdesign und Reaktionskinetik, Thermodynamische Tests, numerische Untersuchungen, 0D/QD-basierte Messanalyse und Verbesserung von QD-Modellen für zukünftige Kraftstoffzusammensetzungen und Kraftstoffmischungsoptimierung.

Kernziele des Vorhabens: Wie können neue Generationen von Kraftstoffen und deren Zusammensetzung systematisch dazu beitragen, den Wirkungsgrad zu verbessern und die Emissionen für eine nachhaltige Mobilität zu reduzieren.

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

 

Spraymodel für direkteinspritzende Ottomotoren

Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2021

Ansprechpartner: Cornelius Wagner, M.Sc. und Viktoria Kelich, M.Sc.

Projektpartner:

TH Nürnberg, Institut für Fahrzeugtechnik (IFZN)

Projektbeschreibung:
Durch die neue Emissionsgesetzgebung (RDE) sind die Leistungsanforderungen an den Einspritz- und Verbrennungsprozess stark gestiegen. Eine optimierte Steuerung des Einspritzprozesses hinsichtlich der Gemischbildung und Zylinderwandbeaufschlagung ist in einem weiten Bereich von Betriebszuständen wie z.B. Katalysatorheizung oder Kaltstart erforderlich. Vor allem bei den Ottomotoren mit Direkteinspritzung wird die Einspritzstrategie, aufgrund der steigenden Anzahl von Einspritzungen pro Takt bei unterschiedlichen Einspritzsystem- und Motorzylinderdrücken und der Vielzahl unterschiedlicher Kraftstoffmischungen, die die Durchdringung, Form und Gemischbildung beeinflussen, immer komplexer. Das typische Entwicklungswerkzeug zur genauen Vorhersage des Einspritzprozesses basiert auf der CFD-Sprühsimulation, die zwar genaue Ergebnisse liefert, aber rechnerisch aufwendig ist und weder für das Screening einer großen Anzahl von Einspritzvariablen noch für die Entwicklung der Regelstrategie optimal ist.


Kernziele des Vorhabens:
Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Simulationswerkzeuges, das in der Lage ist, die räumliche Verteilung eines transienten Sprays in Bezug auf Kraftstoffgeschwindigkeit, Masse und Äquivalenzverhältnis vorherzusagen. Das Werkzeug soll für Mehrfacheinspritzungen und für verschiedene Kraftstoffmischungen (z.B. Benzin-Ethanol) funktionieren.

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Abgasnachbehandlung vor Abgasturbine

Laufzeit: 01.05.2018 - 31.12.2020

Ansprechpartner: Martin Angerbauer, M.Sc.

Projektpartner: TU Berlin, Institut für Land- und Seeverkehr (VKM)

Projektbeschreibung:
Eine weitere Verschärfung der Gesetzgebung von gasförmigen Emissionen und von Partikelemissionen wird erwartet. Deshalb ist das grundlegende Verständnis der Schadstoffentstehung und Wechselwirkungen besonders wichtig, um Möglichkeiten der Reduzierung der Schadstoffe zu finden.


Kernziele des Vorhabens:
• Analyse der zu untersuchenden ANB-Architekturen vor Abgasturbine => z.B. DOC / LNT und optional cDPF / SDPF
• Einfluss von Katalysatoren und Partikelfiltern auf die Abgasturbine bzw. das ATL-System bei Normal- und Fettverbrennung
=> Abgasmassenstrom, Impuls, Enthalpie, Wirkungsgrad, thermische und mechanische Haltbarkeit, Konvertierungsrate, …
• Einfluss der Position vor Abgasturbine auf Katalysatoren (Druckniveau, Druckpulsationen, Spitzentemperaturen und Temperaturniveau, Konvertierungsrate)
• Analyse und Abhilfemassnahemen in Bezug auf den dynanmischen Drehmomentaufbau => Aufladekonzepte, Ladedruckregelung
• Temperaturregelung von Katalysatoren, des DPF und der Turbine => Katalysatoraufheizung und aktive DPF-Regeneration.

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

VVT für Diesel NSK Regeneration

Projektlaufzeit: 01.04.2017 - 31.07.2020

Ansprechpartner: Michael Brotz, M.Sc. und Markus Maul, M.Sc.

Projektbeschreibung:

Der Fettbetrieb zur NSK-Regeneration mit einem Verbrennungsluftverhältnis von Lambda ~ 0,95 wird in der Regel durch Ansaugluftdrosselung und hohe externe AGR-Raten realisiert. Diese Vorgehensweise führt im Dieselmotor bei niedriger Motorlast zu einer geringen Verbrennungsstabilität. Aus diesem Grund ist die NSK-Regeneration unterhalb einer gewissen Lastgrenze nicht oder nur sehr schwer möglich. Bei der herkömmlichen NEFZ-basierten Gesetzgebung wird daher in der Regel im EUDC-Teil des Tests regeneriert. Im RDE-Schwachlastbetrieb, insbesondere bei niedriger Außentemperatur und/oder Höhe, stellt die NSK-Regeneration ein Problem dar.

Variable Ventilhubstrategien wie der Auslasszweithub können durch die heiße interne AGR die Verbrennung bei schwacher Last deutlich stabilisieren. Wie erste Stichversuche zeigen, kommt es durch die höhere Prozesstemperaturkurve vermehrt zur Bildung von Kohlenmonoxid (CO) und weniger zur Bildung von Kohlenwasserstoffen (HC). Diese Verschiebung der Abgaszusammensetzung ist vorteilhaft für die NSK-Regeneration.

Die Zielsetzung ist eine verbesserte und flexiblere Diesel NSK-Regeneration im gesamten Motorkennfeld mit Hilfe von variablen Ventilsteuerstrategien. Im Rahmen der Versuche soll untersucht werden, ob für ein optimales Regenerationsverhalten bei schwacher Last diskret umschaltbare Ventilerhebungskurven ausreichend sind, oder ob ein kontinuierlich variables System erforderlich ist. Weiterhin soll untersucht werden, ob durch eine gezielte Auslegung der Auslassdoppelhubstrategie in Kombination mit der Einlassventilhubstrategie der Anstieg der Rußpartikelemission vermindert werden kann.

Der Nutzen liegt in der Bewertung eines Technologiebausteins, der für die Erfüllung der künftigen RDE-Gesetzgebung relevant sein kann. In bisherigen FVV-Projekten wurde dieses Potential von variablen Ventilhubstrategien nicht untersucht.      

Kernziele des Vorhabens: Untersuchung des Potentials von interner AGR mittels variablem Ventiltrieb zur Stabilisierung der fetten Verbrennung für die Diesel NSK-Regeneration bei niedriger Motorlast

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV)  zur Verfügung.

 

Wassereinspritzung am Dieselmotor

Projektlaufzeit: 01.11.2018 - 31.10.2020

Ansprechpartner: Sebastian Welscher, M.Sc. und Antonino Vacca, M.Sc.

Projektpartner: Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Kolbenmaschinen (IFKM)

Projektbeschreibung:

Vor dem Hintergrund eines steigenden Klimabewusstseins und der Einführung deutlich strikterer Abgasgesetzgebungen steht die Weiterentwicklung des Dieselmotors vor großen Herausforderungen. Neben der Senkung des Verbrauchs zur Einhaltung der Flottenverbräuche, ist vor allem der Ausstoß von Schadstoffemissionen unter anspruchsvolleren Randbedingungen zu reduzieren. Diese Zielvorgaben sind bei konventionellen Dieselmotoren ausgehend vom aktuellen Technikstand zunehmend schwerer zu erreichen. Zum einen hat die Komplexität des Gesamtsystems „Dieselmotor“ bereits einen sehr hohen Grad erreicht, der kaum Raum für bemerkenswerte Entwicklungssprünge bietet. Zum anderen beeinflussen sich die genannten Ziele in der Regel gegensätzlich, sodass eine gefundene Lösung oft nur einen Kompromiss darstellt.

Um diesen Konflikt zu entschärfen und um neues Entwicklungspotential aufzuzeigen, wird deshalb im Rahmen dieses Forschungsprojektes die Wassereinspritzung beim Dieselmotor untersucht. In der Vergangenheit wurde diese Technologie vor allem bei Flug- und Schiffsmotoren bereits erfolgreich eingesetzt. Aktuell findet diese im Bereich von Ottomotoren einen wachsenden Einsatzbereich.

Während bei Ottomotoren hauptsächlich die Leistungssteigerung im Vordergrund steht, wird die Wassereinspritzung beim Dieselmotor vor allem im Hinblick auf die Schadstoffemissionen untersucht. Aufgrund der niedrigeren Spitzentemperaturen durch die Verdampfung des Wassers im Ansaugtrakt bzw. Zylinder kann die innermotorische Stickoxid-Produktion signifikant gesenkt werden. In Verbindung mit anderen Maßnahmen, wie der Drosselung der Abgasrückführungsrate (AGR), sind zudem auch positive Einflüsse auf die Rußoxidation und den Wirkungsgrad zu erwarten.

Um potentielle Effekte richtig abbilden und während der Entwicklung berücksichtigen zu können, ist es notwendig, diese nach einer eingehenden Untersuchung für die Motorensimulation zugänglich zu machen.

Hierzu ist vor allem die richtige Modellierung des Zündverzuges und des Brennverlaufs in Abhängigkeit der eingespritzten Wassermenge notwendig, um eine veränderte dieselmotorische Verbrennung genau zu berechnen, die wiederum die Basis für eine korrekte Abbildung der Schadstoffemissionen bildet. Falls notwendig sind die Modelle letzterer ebenfalls entsprechend den Ergebnissen der Untersuchungen anzupassen.

Nach Implementierung der gewonnenen Erkenntnisse in die 0D/1D-Simulation ist die Entwicklung möglicher Anwendungsstrategien der Wassereinspritzung im Realbetrieb geplant. Grundlage hierfür bilden die neu erstellten bzw. angepassten Berechnungsmodelle. Eine Bewertung und Potentialanalyse schließt das Projekt ab.

Das Projekt geschieht in Zusammenarbeit mit dem Institut für Kolbenmaschinen (IFKM) aus Karlsruhe (Karlsruhe Insitute of Technology, kurz: KIT). Dort werden parallel zu den simulativen Untersuchungen und Modellierungsarbeiten des Instituts für Fahrzeugtechnik Stuttgart (kurz: IFS) umfangreiche Messungen an einem modifizierten Motorenprüfstand durchgeführt. Diese Ergebnisse dienen als Grundlage und Erweiterung des Verständnisses über die Effekte der Wassereinspritzung auf die Dieselverbrennung und fließen in die Modellbildung und –validation mit ein. Das IVK bearbeitet dahingegen ausschließlich die Simulationsumfänge dieses Projekts. Letztere umfassen neben der Modellierung und Simulation im 0D/1D Bereich auch 3D-CFD Untersuchungen.

Kernziele des Vorhabens:

  • Untersuchung, Modellierung und Simulation von Auswirkungen der Wassereinspritzung auf die Dieselverbrennung
  • Entwicklung und Untersuchung von möglichen Anwendungsstrategien der Wassereinspritzung im Realbetrieb

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Wassereinspritzung bei Ottomotoren

Projektlaufzeit: 01.04.2017 - 30.11.2019

Ansprechpartner: Antonino Vacca, M.Sc.

Projektpartner:

TU Berlin, Institut für Land- und Seeverkehr, FG Fahrzeugantriebe (VKM)

Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Elektrische und Thermische Energiesysteme, Lehrstuhl Thermodynamik/Thermische Verfahrenstechnik

Projektbeschreibung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden Modelle und numerischen Methoden erarbeitet, die eine Bewertung von Motorenentwicklungen mit Wassereinspritzung erlauben. Diese helfen das Potential der Wassereinspritzung in Ottomotoren zur Leistungs- und Effizienzsteigerung optimal zu nutzen. Die Modellerweiterungen konzentrieren sich auf die physikalischen Eigenschaften von Wasser- oder Emulsionssprays, die veränderten Thermodynamischen Prozesse im Motor, sowie den Einfluss hoher Wasserkonzentrationen auf die Reaktionskinetik in der Gasphase und im Katalysator. Dabei kommen sowohl 3D CFD als auch 1D/Q3D Verfahren zum Einsatz.
Zur Unterstützung der Modellentwicklung wird eine umfangreiche experimentelle Kampagne durchgeführt. Die besonderen Eigenschaften der Sprays werden in Spraykammern und in einer schnellen Kompressionsmaschine untersucht. Dabei werden auch nahezu kritische Zustände für die Wassereinspritzung betrachtet. Die thermodynamischen Eigenschaften von Gasen mit hohen Wasserkonzentrationen, sowie von expandierenden Gasen bei gleichzeitiger Verdampfung von Wasser sollen in einem Einzylindermotor analysiert werden. Dabei können auch Änderungen der Reaktionen in der Gasphase betrachtet werden, da diese maßgeblichen Einfluss auf die Wärmefreisetzung und die Emissionsneigung haben. Schließlich sollen repräsentative Experimente an einem Katalysatorprüfstand den Einfluss von erhöhten Wasserkonzentrationen auf die Abgasnachbehandlung aufzeigen.
Die Einsatzbarkeit der neuentwickelten Verfahren und Modelle werden an einem Vollmotormodell exemplarisch nachgewiesen werden. Neben den umfangreichen experimentellen Daten liefert das Projekt eine detaillierte Beschreibung der entwickelten Modelle, umfangreiche reaktionskinetische Datensätze, sowie eine Erweiterung des FVV Zylindermoduls. Die Erweiterung des FVV Moduls stützt sich auf eine umfangreiche Validierung mit Hilfe der 3D CFD und der 1D/Q3D Berechnungen.

Kernziele des Vorhabens: Bewertung des Potentials und der Risiken der indirekten und direkten Wassereinspritzung zur Steigerung des Wirkungsgrades und der Last bei Ottomotoren

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Wassereinspritzung bei Ottomotoren II

Projektlaufzeit: 01.10.2019 - 31.03.2022

Ansprechpartner: Edoardo Rossi, M.Sc.

Projektpartner:

TU Berlin, Institut für Land- und Seeverkehr, FG Fahrzeugantriebe (VKM)

Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Elektrische und Thermische Energiesysteme, Lehrstuhl Thermodynamik/Thermische Verfahrenstechnik

Projektbeschreibung:

Das Projekt FVV Wassereinspritzung bei Ottomotoren hat bisher schon einen Einblick in das Verhalten der Wasserinjektoren und des Einflusses des Wassers auf die Thermodynamik und Chemie im Zylinder geliefert, mit Hilfe von Einzylinderexperimenten und Simulation. Jedoch gibt es noch viele offene Fragen der Arbeitsgruppe, die in einem Nachfolgeprojekt bearbeitet werden sollen. Die erste Thematik beschäftigt sich mit einer genaueren Betrachtung der Einflüsse der Wassereinspritzung auf das lokale Mischungsverhalten. Dabei sollen auch fortschrittliche Methoden untersucht werden, wie z.B. 500 bar Drücke der direkten Einspritzung, Emulsionseinspritzung und Mehrfacheinspritzungsstrategien. Dabei soll der Einfluss der Änderung der Hardware auf die Wassereinspritzung untersucht werden, um mögliche weitere Potentiale zu erschließen. Des Weiteren soll die Kombination verfügbarer Technologien wie Variabler Ventilsteuerzeiten und Abgasrückführung mit Wassereinspritzung untersucht werden. Die Fragen sollen beantworten werden, wie sich diese Technologien gegenseitig beeinflussen und welche Potential es über das vollständige Motorkennfeld gesehen gibt. Die Änderung der Abgastemperatur und Abgaszusammensetzung und deren Einfluss auf die Konvertierung im Drei-Wege-Katalysator und Otto-Partikelfilter sollen auch weiter untersucht werden. Dabei geht es um ein besseres Verständnis der physikalischen und chemischen Prozesse und deren Übertragung in Simulationsmodelle. Die Ergebnisse des Folgeprojekts kommen den Fahrzeugherstellern und Zulieferern zugute und helfen ihnen ihre Produkte weiter zu verbessern, auch in Hinblick auf die zukünftige RDE Gesetzgebung.

Kernziele des Vorhabens: Bewertung des Potentials und der Risiken der Wassereinspritzung zur Steigerung des Wirkungsgrades und der Last bei Ottomotoren.

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

Bewertung des ottomotorischen E-Fuels „DMC+“ für den Einsatz im Langstrecken-Lkw mit einer optimierten Auslegung von Verbrennung, Abgasnachbehandlung und Schalldämpfung durch Nutzung von Methoden der künstlichen Intelligenz

Projektlaufzeit: 01.01.2020 - 31.12.2022

Ansprechpartner: Sasa Milojevic, M.Sc.

Projektbeschreibung:

Trotz großer Bemühungen und Fortschritte bei der Elektrifizierung von LKWs im Verteilerverkehr bleibt der rein batterie-elektrische Betrieb von Fernstrecken-Lkws aus aktueller technologischer und betriebswirtschaftlicher Sicht zumindest fragwürdig. Neben der geringeren effektiven Nutzlast und Reichweite, spricht vor allem die absehbar nicht ausreichend ausgebaute Ladeinfrastruktur gegen die breite Einführung von rein batterie-elektrischen Langstrecken-Lkws. Als mögliche Alternative bietet sich der Einsatz von strombasierten Kraftstoffen (E-Fuels) an, die durch eine regenerative Stromgewinnung annähernd CO2 neutral hergestellt und in modifizierten Verbrennungsmotoren verwendet werden können. Wird diese vorteilhafte Umweltbilanz bei zukünftigen gesetzlichen Vorgaben positiv berücksichtigt, rückt die CO2 Emission ganzheitlich betrachtet als Entwicklungsschwerpunkt in den Hintergrund. So wird die Frage nach dem Antriebskonzept zunehmend auch von den Herstellungskosten des Energieträgers geprägt. Im Rahmen ottomotorischer Brennverfahren bietet deshalb der synthetische Ersatzkraftstoff DMC+ aufgrund seiner günstigen Herstellung eine mögliche Alternative zu dem bereits bekannten Kraftstoff OME.

Um dieses im Raum stehende Potential bewerten zu können, wird in der vorliegenden Forschungsarbeit ein Motorkonzept erarbeitet, welches das Optimum für die Verwendung von DMC+ darstellt. Hierzu gehört neben der Optimierung des eigentlichen Motors auch eine Betrachtung des Gesamtsystems, einschließlich der Abgasnachbehandlung mit Berücksichtigung von Schadstoffemissionen und des Systemverhaltens im Fahrbetrieb. Eine effiziente Auslegungs- und Optimierungsstrategie auch in Hinblick auf die Modellgestaltung und –entwicklung wird dabei durch die Verwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz unterstützt und gegebenenfalls ersetzt. Deren Einsatz ist für dieses Vorhaben ebenfalls zugänglich zu machen und zu bewerten.

Kernziele des Vorhabens: Erarbeitung eines Motorkonzepts für den Betrieb mit dem synthetischen Ersatzkraftstoff DMC+.

Fördermittelgeber: Friedrich und Elisabeth Boysen-Stiftung

Thermomanagement

Präzises Temperaturmanagement

Projektlaufzeit: 01.03.2017 - 31.08.2019

Ansprechpartner: Dipl.-Phys. Florian Mandl

Projektbeschreibung:

1D und 3D-CFD übergreifende Entwicklungsmethodik zur Optimierung des Motorwassermantels, vom Konzept bis zur Fertigungsreife.

Die Industrie arbeitet intensiv an der Präzision des Wärmemanagements auf Systemebene. Durch den Einsatz komplexer thermischer Managementstrategien ist es möglich, die Wärmeverteilung genauer und dynamischer zu gestalten und damit die Effizienz zu steigern. Es werden außerdem erhebliche Anstrengungen zur Verbesserung der Kühleffizienz des Motorwassermantels mittels 3D Computational Fluid Dynamics (CFD) unternommen. Beim Durchlaufen des V-Optimierungsprozesses von der Konzeption bis zur Designphase und zurück zur Leistungsbewertung des Gesamtsystems, setzt die Industrie auf analytische Modelle (Nusselt) und versucht, Wärmeübergangskoeffizienten nach Prandtl- und Reynolds-Zahlen zu erarbeiten. Auf moderne Wassermantelkonzepte ist Nusselt, aufgrund komplexer Strömungsstrukturen, allerdings nicht anwendbar. Ziel dieses Projektes ist es, den Einsatzbereich eines klassischen Nusselt-Ansatzes für ein modernes Wassermantel-Konzept zu definieren und falls erforderlich Erweiterungen oder Alternativen zu finden. Der technische Nutzen des Projektes liegt in der Entwicklung einer an der Praxis orientierten, umfassenden Methode zur Optimierung des Motorwassermantels von der Konzeption bis zur Fertigungsreife. Dies soll zu einer besseren Verknüpfung von 1D und 3D-CFD führen, was letztlich den gesamten Entwicklungsprozess beschleunigt und absichert.

Kernziele des Vorhabens: Entwicklung einer praxisorientierten, umfassenden Methode zur Optimierung komplexer Motorwassermäntel von der Konzeption bis zur Fertigungsreife, womit eine effizientere Verknüpfung von 1D und 3D-CFD ermöglicht werden soll.

Fördermittelgeber: BMWi/AiF - Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Für weitere Informationen zum Projekt stehen Ihnen auch die Ansprechpartner der Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) zur Verfügung.

 

Abschlussbericht

Lehrangebot

Das Lehrangebot finden Sie in der Rubrik "Lehre"

Publikationen

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Ihr/e Ansprechpartner/in

Michael Bargende
Prof. Dr.-Ing

Michael Bargende

Inhaber des Lehrstuhls Fahrzeugantriebe

Gisela Uhlig
 

Gisela Uhlig

Sekretariat Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

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