20 JAHRE - Bayerische Forschungsstiftung
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energie unD umweLt neue ProJeKte ProJeKtLeitung goldlücke ingenieurleistungen am weichselgarten 7 91058 erlangen Dr.-ing. marcus schmid tel. 09131 / 691-190 Fax 09131 / 691-199 www.giib.de info@giib.de ProJeKtPartner universität bayreuth Lehrstuhl für thermodynamik und transportprozesse www.uni-bayreuth.de robert bosch gmbh www.bosch.de 82 Optical-Flow-Analyse innermotorischer Prozesse Links: beispieldarstellung für die optical-Flow-auswertung; rechts: schematischer Versuchsaufbau für die mie/PiV-messungen Die optimierung und erweiterung des optical-Flow-Verfahrens soll eine gleich zeitige analyse von innermotorischen einspritz- und Verbrennungsprozessen ermöglichen. eine der größten herausforderungen für hersteller von Verbrennungsmotoren ist die optimierung des Verbrennungsprozesses, um Kraftstoffverbrauch und abgasemissionen zu reduzieren. moderne ottomotoren mit strahlgeführter Kraftstoffdirekteinspritzung weisen im Vergleich zu klassischen motoren mit saugrohreinspritzung ein enormes Potenzial zur Kraftstoffeinsparung auf. hohe Drücke, temperaturen und geschwindigkeiten zum einspritzzeitpunkt haben aber einen starken einfluss auf den Kraftstoffstrahl, die weitere gemischaufbereitung und somit auch auf die anschließende Verbrennung. Dadurch kann es bei bestimmten betriebspunkten zu starken zyklischen schwankungen kommen, die wiederum zu erhöhten emissionswerten führen. Für eine optimierung des gesamtprozesses ist somit ein besseres Verständnis der ablaufenden einzelprozesse (z.b. transiente strömungen) und der jeweiligen einflussparameter notwendig. Dies erfordert geeignete analyseverfahren, die unter realistischen bedingungen eingesetzt werden können und möglichst keinen einfluss auf den eigentlichen Prozess nehmen. nd:yag aP+Laser hs-Kamera im Forschungsvorhaben soll die methode der optical-Flow-analyse – eine Kombination aus hochgeschwindigkeits-Kinematographie und optical-Flow-methodik – mit dem geschwindigkeitsfeld-messverfahren der Particle image Velocimetry verglichen und validiert werden. in mehreren stufen soll anschließend das optical-Flow-Verfahren optimiert und auf die analyse von Flammenfronten des Verbrennungsprozesses erweitert werden. Ziel ist die entwicklung eines auswerteverfahrens, mit dem sich der motorische einspritz- wie auch der Verbrennungsprozess mit deutlich geringerem zeitlichem und finanziellem aufwand als bisher analysieren lässt. Die Verkürzung von motor-entwicklungszyklen wird damit effizient unterstützt.
WiDiKO: Wirkkette Direkteingespritzter Kraftstoffe im Ottomotor Darstellung des flüssigen und verdampften Kraftstoffs während der einspritzung im saughub in diesem Projekt soll der einfluss einzelner Kraftstoffeigenschaften und -bestandteile (biogen/synthetisch) auf die gesamte ottomotorische reaktionskette untersucht, modelliert und simuliert werden. wie jeder technische Verbrennungsvorgang wird auch die Verbrennung in motoren definiert durch das Zusammenwirken von reaktion, der mischung der reaktionsteilnehmer und den umgebungsbedingungen. in motoren laufen diese drei Prozesse instationär und teilweise zeitgleich ab, und sie interagieren miteinander. als virtuelle entwicklungsplattform für eine weitere entwicklung der heutigen komplexen brennverfahren in direkteinspritzenden ottomotoren wie auch für eine verbesserte, modellbasierte steuerung im Fahrzeugbetrieb ist eine physikalisch basierte simulation der Verbrennung in motoren notwendig. in dem ende 2010 begonnenen Projekt wird der einfluss einzelner Kraftstoffeigenschaften und -bestandteile auf die sprayausbreitung, das Verdampfungsverhalten, den Verbrennungsstart und die Flammenausbreitung untersucht und modelliert und damit einer simulation zugänglich gemacht. Da die gemischbildung und die niedertemperatur- Vorreaktionen für die einleitung der Verbrennung bestimmend sind, werden heute typische sprays der benzindirekteinspritzung unter einhaltung realistischer Zeitskalen un- 500 µs 500 µs ottokst. aromatenarm n-Dekan 3-Komponentenkst. n-heptan e85 n-hexan 1000 µs 1000 µs ottokst. aromatenarm 3-Komponentenkst. 10 mm signalintensität 0 10 mm signalintensität 0 1 tersucht. Die Komplexität der realen situation mit Kraftstoffen aus 200 verschiedenen chemischen Komponenten wird angegangen durch die Verwendung von modellkraftstoffen aus ein bis drei Komponenten und realistischem ottokraftstoff als Vergleich. Die im experimentellen teil des Projektes ge- wonnenen Daten dienen als grundlage für die modellierung und simulation der wesent- lichen teilphänomene und im zweiten schritt für die simulation des Verbrennungsstarts und der Verbrennungsdauer in ottomotoren. e85 n-Dekan n-heptan n-hexan energie unD umweLt neue ProJeKte ProJeKtLeitung Friedrich-alexander-universität erlangen-nürnberg Lehrstuhl für technische thermodynamik am weichselgarten 8 91058 erlangen Prof. Dr.-ing. michael wensing tel. 09131 / 8529 782 Fax 09131 / 8529 901 www.ltt.uni-erlangen.de michael.wensing@ltt.uni-erlangen.de ProJeKtPartner bmw ag simulation Verbrennung, cae www.bmw.de technische universität bergakademie Freiberg iec / numerische thermofluiddynamik www.ntfd.tu-freiberg.de 83
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WiDiKO: Wirkkette Direkteingespritzter<br />
Kraftstoffe im Ottomotor<br />
Darstellung des flüssigen und verdampften Kraftstoffs während der einspritzung im saughub<br />
in diesem Projekt soll der einfluss einzelner Kraftstoffeigenschaften und -bestandteile<br />
(biogen/synthetisch) auf die gesamte ottomotorische reaktionskette untersucht, modelliert<br />
und simuliert werden.<br />
wie jeder technische Verbrennungsvorgang<br />
wird auch die Verbrennung in motoren definiert<br />
durch das Zusammenwirken von reaktion,<br />
der mischung der reaktionsteilnehmer<br />
und den umgebungsbedingungen. in motoren<br />
laufen diese drei Prozesse instationär<br />
und teilweise zeitgleich ab, und sie interagieren<br />
miteinander. als virtuelle entwicklungsplattform<br />
für eine weitere entwicklung der<br />
heutigen komplexen brennverfahren in direkteinspritzenden<br />
ottomotoren wie auch für<br />
eine verbesserte, modellbasierte steuerung<br />
im Fahrzeugbetrieb ist eine physikalisch basierte<br />
simulation der Verbrennung in motoren<br />
notwendig.<br />
in dem ende <strong>20</strong>10 begonnenen Projekt wird<br />
der einfluss einzelner Kraftstoffeigenschaften<br />
und -bestandteile auf die sprayausbreitung,<br />
das Verdampfungsverhalten, den Verbrennungsstart<br />
und die Flammenausbreitung<br />
untersucht und modelliert und damit einer<br />
simulation zugänglich gemacht. Da die gemischbildung<br />
und die niedertemperatur-<br />
Vorreaktionen für die einleitung der Verbrennung<br />
bestimmend sind, werden heute<br />
typische sprays der benzindirekteinspritzung<br />
unter einhaltung realistischer Zeitskalen un-<br />
500 µs<br />
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ottokst.<br />
aromatenarm<br />
n-Dekan<br />
3-Komponentenkst.<br />
n-heptan<br />
e85<br />
n-hexan<br />
1000 µs<br />
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ottokst.<br />
aromatenarm<br />
3-Komponentenkst.<br />
10 mm signalintensität 0 10 mm signalintensität 0 1<br />
tersucht. Die Komplexität der realen situation<br />
mit Kraftstoffen aus <strong>20</strong>0 verschiedenen<br />
chemischen Komponenten wird angegangen<br />
durch die Verwendung von modellkraftstoffen<br />
aus ein bis drei Komponenten und realistischem<br />
ottokraftstoff als Vergleich.<br />
Die im experimentellen teil des Projektes ge-<br />
wonnenen Daten dienen als grundlage für<br />
die modellierung und simulation der wesent-<br />
lichen teilphänomene und im zweiten schritt<br />
für die simulation des Verbrennungsstarts<br />
und der Verbrennungsdauer in ottomotoren.<br />
e85<br />
n-Dekan n-heptan n-hexan<br />
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