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Bildquelle: KIT

01.10.2021

FVV-Projekte in der MTZ: Modellierung und Untersuchung von Partikelbildung bei DI-Ottomotoren in transienten Fahrsituationen

Eine innermotorische Reduktion der Partikelzahl ist anzustreben, speziell bei Ottomotoren müssen dennoch auch die Partikelfilter effizienter gestaltet werden. Beides gelingt nur durch ein tieferes Verständnis der Prozesse im Brennraum und deren modellgestützte Simulation. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und an der Technischen Universität Darmstadt wurde im FVV-Vorhaben Systemische Analyse der Partikelbildung an Ottomotoren (1282) eine Methodik zur Simulation der Partikelanzahl bei zwei Ottomotoren unter transienten Bedingungen entwickelt.

In vorangegangenen Arbeiten wurde bereits intensiv der Einfluss verschiedener Motorparameter auf das Partikelverhalten von Ottomotoren mit Direkteinspritzung untersucht. Dabei wurden die Partikelquellen sowohl in Stationäruntersuchungen an Forschungseinzylindermotoren als auch in Lastsprüngen am seriennahen Vollmotor aufgeklärt [1, 2]. Insbesondere die Bedeutung von Bereichen inhomogener Verbrennung wie Poolflammen an Brennraumwand und Kolben konnte aufgezeigt werden [3].

Durch die RDE-Gesetzgebung erhalten Versuche zu transienten Fahrzuständen im Vergleich zu allein stationären Tests einen höheren Stellenwert. Im Forschungsprojekt, das am Institut für Kolbenmaschinen (IFKM) des KIT und am Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe (VKM) der TU Darmstadt durchgeführt wurde, lag daher der Fokus auf für Partikelemissionen kritische Fahrzustände, die sich während des transienten Motorbetriebs ergeben. Die Partikelquellen sollten identifiziert und die gefundenen Zusammenhänge mittels eines Modells für die Partikelanzahl abbildbar gemacht werden.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens gelang die Entwicklung und Validierung einer geeigneten Methodik für Ottomotoren zur Simulation der Partikelanzahl im transienten Verhalten. Hierzu wurde mithilfe eines speziellen Testzyklus, dem MRT, eine Parameterstudie an zwei unterschiedlichen Motoren durchgeführt. Auf Basis von Messungen der Partikelanzahl sowie Identifizierung von Rußquellen mit optischer Messtechnik konnte ein empirisches Modell aufgebaut werden, das eine gute Reproduktion der Gesamtpartikelemissionen eines Testlaufs darstellt. Zur Erstellung eines allgemeingültigen Modells nach dieser Methodik müssen weitere unterschiedliche Motoren in transienten Läufen mit einer größeren Anzahl und Variation von Parametern ausgewertet werden.

 

LITERATURHINWEISE
[1] Dageförde, H.: Untersuchung innermotorischer Einflussgrößen auf die Partikelemission eines Ottomotors mit Direkteinspritzung. Karlsruhe, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Dissertation, 2015
[2] Bertsch, M.: Experimental Investigations on Particle Number Emissions from GDI Engines. Karlsruhe, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Dissertation, 2017
[3] Disch, C.: Untersuchung der Gemischbildung, Verbrennung und Schadstoffentstehung eines Ottomotors mit Direkteinspritzung im transienten Betrieb. Karlsruhe, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Dissertation, 2017

Projektsteckbrief

Die FVV in MTZ und ATZ

Ergebnisse aus der Industriellen Gemeinschaftsforschung sind für alle Interessierten zugänglich und so werden Abschlussberichte von FVV-Forschungsvorhaben auf unseren Informationstagungen im Frühjahr und Herbst der Öffentlichkeit vorgestellt. Um den Wissenstransfer und die Erweiterung des Innovationsnetzwerkes zusätzlich zu fördern, publizieren wir Fachartikel zu einzelnen Projekten mit besonders interessanten neuen Erkenntnissen. Dabei arbeiten MTZ/ATZ und FVV seit vielen Jahren erfolgreich zusammen.

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