Ein Rechenmodell zur Abbildung und Prädiktion von Brennverläufen turboaufgeladener Ottomotoren
Sebastian Heins
An die Motorenentwicklung werden in der heutigen Zeit hohe Anforderungen gestellt. Die Vorgaben des Gesetzgebers und die Wünsche des Kundens führen dazu, dass bereits während der Entwicklung Geld und Zeit gespart werden müssen. Die virtuelle Produktentwicklung in Form der Motorprozesssimulation ist hierbei ein Weg, die zeit- und kostenintensive Motorentwicklung zu verkürzen. Ein Teil hiervon können Modelle sein, die die Verbrennung nulldimensional modellieren. Diese bieten den Vorteil einer sehr geringen Rechenzeit, bis hin zur Echtzeitfähigkeit, sowie einen geringen Parametrierungsaufwand.
In dieser Arbeit wird ein nulldimensionales Modell entwickelt, das die Verbrennung im Brennraum eines Ottomotors in vier Phasen aufteilt. Es bietet damit eine hohe Flexibilität, so dass Summenbrennverläufe verschiedenster Brennverfahren abgebildet werden können.
Auf Basis von umfangreichen Prüfstandsmessungen wird das 4-Phasen-Modell um Berechnungsvorschriften für die prädiktive, betriebspunktabhängige Brennverlaufsberechnung erweitert. Die Betriebspunktparameter sind weitgehend physikalisch-basiert gewählt, so dass das Modell eine gewisse Allgemeingültigkeit besitzt. Ausgehend von der Vorgabe des Summenbrennverlaufs des jeweiligen Motors an einem Referenzbetriebspunkt ist es so möglich, das Brennverhalten von Ottomotoren mit verschiedenen Brennverfahren kennfeldweit vorauszuberechnen. Es wird gezeigt, dass mit dem 4-Phasen-Modell verschiedene Brennverfahren mit recht guter Genauigkeit abgebildet werden können und es damit möglich ist, das gesteckte Ziel prädiktiver Kennfeldrechnungen im Rahmen von thermodynamischen Prozessrechnungen zu erfüllen.
