Verbrennungsmodelle für Ottomotoren

Zusammenfassung

Für die Berechnung von motorischen Verbrennungsvorgängen kommen heute verschiedene Modellkategorien zum Einsatz, die sich z. T. sehr stark in ihrem Detaillierungsgrad, aber auch in ihren Rechenzeiterfordernissen unterscheiden (s. Stiesch 2003). Als phänomenologische Modelle werden dabei üblicherweise die Berechnungsmodelle bezeichnet, die die Verbrennung und Schadstoffbildung in Abhängigkeit übergeordneter physikalischer und chemischer Phänomene wie Strahlausbreitung, Gemischbildung, Zündung, Reaktionskinetik usw. vorausberechnen. Weil hierfür eine räumliche Aufteilung des Brennraums in Zonen verschiedener Temperatur und Zusammensetzung erforderlich ist, werden die Modelle auch als quasidimensionale Modelle bezeichnet. Die phänomenologischen (bzw. quasidimensionalen) Modelle grenzen sich auf der einen Seite von den nulldimensionalen (oder thermodynamischen) Modellen ab, die den Brennraum zu jedem Zeitpunkt vereinfachend als ideal durchmischt annehmen und die auf empirischen Ansätzen für die Brennrate beruhen. Auf der anderen Seite unterscheiden sich die phänomenologischen Verbrennungsmodelle von den CFD‐Codes (CFD = Computational Fluid Dynamics, vgl. Teil IX, Kap. 47–54), indem auf eine explizite Lösung des turbulenten dreidimensionalen Strömungsfeldes bewusst verzichtet wird (siehe Abb. 43.1). Dadurch kann die Rechenzeit erheblich reduziert werden. Für die Berechnung eines Motorarbeitsspieles liegt sie bei phänomenologischen Modellen im Bereich von Sekunden, bei CFD‐Codes dagegen im Bereich von Stunden (siehe Abb. 43.2). Phänomenologische Modelle werden deshalb insbesondere in Arbeitsprozessberechnungen zur Auslegung des Gesamtmotors eingesetzt, CFD‐Berechnungen dagegen für die Berechnung spezieller Fragestellungen, wie beispielsweise die Auslegung der Einlasskanal‐ und Arbeitsraumgeometrie oder der detaillierten Schadstoffbildung.