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01.04.2021

FVV-Projekte in der MTZ: Optimierung des Motorwassermantels vom Konzept bis zur Fertigungsreife

Durch komplexe Wärmemanagementstrategien ist es möglich, die Wärmeverteilung des Motors genauer und dynamischer zu gestalten und damit die Effizienz zu erhöhen. Im Rahmen des FVV-Vorhabens „Präzises Temperaturmanagement“ (FVV-Nr. 1266) wurde an der Otto-von-Guericke-Universität (OVGU) Magdeburg und der Universität Stuttgart am Beispiel des Wassermantels eines Motors untersucht, wie die Kühleffizienz durch den Einsatz von Simulationen optimiert werden kann. Besonderer Fokus wurde dabei auf die Modellierung der im Vergleich zu 3-D-wirtschaftlicheren 1-D-Simulationen gelegt.

In allen Bereichen konzentriert sich die Automobil- und Motorenindustrie aufgrund der Herausforderungen des Klimawandels auf Wirkungsgradverbesserungen und Emissionsreduktionen. Effizientere und prädiktivere Entwicklungsumgebungen helfen bei der Optimierung der Wärmeverteilung. Ziel des Forschungsvorhabens, das am Institut für Mobile Systeme (IMS) der OVGU Magdeburg und dem Institut für Fahrzeugtechnik Stuttgart (IFS) an der Universität Stuttgart durchgeführt wurde, war daher die Verbesserung der 1-D-Modellierung. Somit kann der Umfang aufwendiger 3-D-Berechnungen (Computational Fluid Dynamics, CFD) und kostenintensiver messtechnischer Untersuchungen im  Entwicklungsprozess reduziert werden.

Es wurde eine praxisorientierte universelle Methode zur Erstellung eines 1-D-Wassermantelmodells entwickelt. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Diskretisierungsstrategie der 3-D-Geometrie und der Berechnung des Wärmeübergangs mithilfe von Nusselt-Korrelationen. Grundlage und Referenz sind 3-D-CFD-Simulationen, deren Ergebnisqualität durch Wärmebilanzmessung am Vollmotor sowie durch optische PIV-Messungen im Wassermantel abgesichert wurde. Die Methodik wurde ebenso erfolgreich an einem Großmotor validiert. Die Untersuchung zweier Motoren mit unterschiedlichen Größenverhältnissen und Strömungscharakteristik des Wassermantels hat die allgemeine Gültigkeit der Methodik bestätigt. Die Ergebnisgüte der 1-D-Wärmeübergangsberechnung lag bei weniger als 5 % Abweichung bezüglich des Gesamtwärmeeintrags.

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.

Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

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