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Januar 2025
eBook (PDF)
Volker Stefan Znamiec
Ein Beitrag zur Modellbildung der Partikelemissionen direkteinspritzender Ottomotoren
Die innere Gemischbildung der Benzindirekteinspritzung (BDE) führt zu einer Zunahme der partikelbildenden Quellen im Brennraum und erhöht das Partikelemissionsniveau von direkteinspritzenden Ottomotoren. Obwohl die Prozesse der Partikelentstehung detailliert untersucht sind, stellt die Entwicklung eines partikelarmen Motorbetriebs vor dem Hintergrund der Hybridisierung und der hohen Freiheitsgrade der Motorsteuerung eine Herausforderung dar.
Die motorische Partikelentstehung ist durch eine lokal unzureichende Gemischaufbereitung und unterstöchiometrische Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches gekennzeichnet. Die Randbedingungen begünstigen die Bildung von Rußvorläufermolekülen und die Entstehung erster Partikelkeime, aus denen verkettete Partikelstrukturen mit teiloxidierten Anteilen werden können.
Um die Anforderungen für eine Modellierung der Partikelemissionen und den notwendigen Detaillierungsgrad einordnen zu können, werden in dieser Arbeit drei Modellansätze mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad entwickelt. Es werden eine datengetriebene Modellvariante, ein Partikelmodell mit einer empirischen Beschreibung der Gemischaufbereitung und eine auf einem 1D-Strahlmodell basierende semiempirische Modellvariante vorgestellt. Um die Abschätzung des vermessenen Partikelspektrums realisieren zu können, wird eine Berücksichtigung paralleler Partikelteilmodelle vorgeschlagen. Die Auswertungen zeigen, dass die Beschreibung der Partikelemissionen durch die empirische Partikelmodellvariante die besten Modellergebnisse liefert. Abschließend werden die Potenziale der Partikelmodelle für die Abschätzung des Emissionsverhaltens im transienten Motorbetrieb aufgezeigt.
Die motorische Partikelentstehung ist durch eine lokal unzureichende Gemischaufbereitung und unterstöchiometrische Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches gekennzeichnet. Die Randbedingungen begünstigen die Bildung von Rußvorläufermolekülen und die Entstehung erster Partikelkeime, aus denen verkettete Partikelstrukturen mit teiloxidierten Anteilen werden können.
Um die Anforderungen für eine Modellierung der Partikelemissionen und den notwendigen Detaillierungsgrad einordnen zu können, werden in dieser Arbeit drei Modellansätze mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad entwickelt. Es werden eine datengetriebene Modellvariante, ein Partikelmodell mit einer empirischen Beschreibung der Gemischaufbereitung und eine auf einem 1D-Strahlmodell basierende semiempirische Modellvariante vorgestellt. Um die Abschätzung des vermessenen Partikelspektrums realisieren zu können, wird eine Berücksichtigung paralleler Partikelteilmodelle vorgeschlagen. Die Auswertungen zeigen, dass die Beschreibung der Partikelemissionen durch die empirische Partikelmodellvariante die besten Modellergebnisse liefert. Abschließend werden die Potenziale der Partikelmodelle für die Abschätzung des Emissionsverhaltens im transienten Motorbetrieb aufgezeigt.
Schlagwörter: Partikelemissionen; Ottomotor; Modellbildung; Modellierung; Abgasturboaufladung; Benzindirekteinspritzung; Partikelanzahl; Partikelmasse; Partikelspektrum
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Print-Version: 978-3-8440-9762-7
DOI 10.2370/9783844098570
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