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Projekt
Koordinationsfonds
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Heinz Pitsch
Fachliche Zuordnung
Energieverfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2019 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 349537577
Eine deutliche Verbesserung aktueller Verbrennungssysteme im Mobilitätssektor ist ein wichtiger Aspekt für die Verringerung von Treibhausgasemissionen. Die Forschungsgruppe verfolgt das übergeordnete Ziel, durch systematische Analyse zyklischer Schwankungen die Voraussetzung für eine weitere Optimierung moderner, ottomotorischer Brennverfahren zu schaffen, und damit einen signifikanten Beitrag zur Wirkungsgraderhöhung und Verminderung von Schadstoffemissionen zu leisten. Aktuell wird der Betriebsbereich hochoptimierter Ottomotoren durch das Auftreten unerwünschter Verbrennungsphänomene wie Fehlzündung, unvollständigem Ausbrand oder Klopfen limitiert, die durch zyklische Schwankungen maßgeblich beeinflusst werden. Es existieren Strategien, um solche Ereignisse zu minimieren, allerdings reduzieren diese den thermischen Wirkungsgrad und führen damit zu erhöhten Kohlendioxid-Emissionen. Für eine weitere Optimierung von Ottomotoren ist es erforderlich, den Betriebsbereich entweder durch eine Reduktion zyklischer Schwankungen oder durch deren gezielte Ausnutzung so zu erweitern, dass ein stabiler Betrieb mit hohem Wirkungsgrad gewährleistet werden kann. Hierfür ist ein fundamentales Verständnis der Ursachen, der Entwicklung und der Auswirkungen zyklischer Schwankungen essentiell. Bisher sind diese aber weder vollständig verstanden noch prädiktiv beschreibbar. Unter Verwendung neuartiger, experimenteller Verfahren in Kombination mit innovativen Modellentwicklungen und Simulationsverfahren wird durch Vorwärts- und Rückwärtsanalyse der Multiskalen-Wirkungskette ein detailliertes Verständnis der Wirkmechanismen erreicht und es werden prädiktive Simulationsmethoden entwickelt. Zu diesem Zweck sollen zunächst Daten zur Analyse und Validierung sowohl aus Experimenten wie auch durch direkte numerische Simulationen gewonnen werden, und zwar auf unterschiedlichen Abstraktionsstufen, von einfachen Strömungskonfigurationen bis hin zum realen Motorzyklus. Die mit hochgenauen laserbasierten Methoden ermittelten experimentellen Daten sind im Vergleich mit konventionellen Motorexperimenten einzigartig, da hier besonderes Augenmerk auf die für die Simulation wichtigen Anfangs- und Randbedingungen gelegt wird, wodurch Entwicklung und Validierung von Simulationsmethoden mit hoher Detailgenauigkeit überhaupt erst möglich werden. Auf Basis dieser Daten sollen prädiktive Modelle für die Gemischbildung wie auch für die Verbrennungsvorgänge entwickelt und validiert werden. Schließlich werden Ursachen und Auswirkung zyklischer Schwankungen in Ottomotoren sowohl für die idealisierte Saugrohr-Einspritzung als auch für Direkt-Einspritzung durch kombinierte experimentelle Studien und numerische Analysen mittels Large-Eddy Simulationen (LES) untersucht. Ziel ist es, durch systematische Vorwärts- und Rückwärtsanalyse der Mulitskalen-Wirkungskette zyklische Schwankungen zu charakterisieren und die unterschiedlichen Ursachen im Zusammenspiel von Experiment und LES zu identifizieren.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
