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Bildquelle: FVV | Ch. Yunck
Nachoxidation: Deutsch-japanische Forschungskooperation legt Zwischenbericht auf der FVV-Herbsttagung 2019 vor
Erster Zwischenbericht des international geförderten deutsch-japanischen Forschungsprojektes zur Entwicklung eines Nachoxidationsmodells für die 0D/1D-Simulation liegt vor // Die Projektpartner der Forschungseinrichtungen in Stuttgart (IVK) und Japan (Chiba, Meiji/Tokio) nutzen die FVV-Herbsttagung 2019 in Würzburg zur weiteren Abstimmung des Forschungsvorhabens // Finale Ergebnisse werden im Frühjahr 2021 erwartet
Nach dem eine Delegation des Instituts für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart im Juli (22.-25.07.19) nach Tokio gereist war, um vor Ort gemeinsam mit den japanischen Kollegen der Chiba University und der Meji University erste Ergebnissen des gemeinsamen Forschungsprojekts „Nachoxidation“ abzugleichen, legten die Wissenschaftlichen Leiter der beteiligten Forschungseinrichtungen, Prof. Dr. Michael Bargende und Prof. Dr. Yasuo Moriyoshi, auf der FVV-Herbsttagung in Würzburg (19.09.19) einen ersten Zwischenbericht vor.
Entwicklung eines Nachoxidationmodells auf 0D/1D Ebene
Die Einführung immer dynamischerer Fahrzyklen für die Pkw-Typgenehmigung, wie WLTP- oder sogar Messungen des realen Fahrbetriebs (Real Driving Emissions - RDE), erfordert eine Verbesserung des transienten Motorverhaltens bei gleichzeitiger Minimierung der Emissionen. Die Nachoxidation von fetten Verbrennungsprodukten im Abgaskrümmer mit spülender Frischluft ist eine vielversprechende Maßnahme, um dieses Ziel zu erreichen.
Das Spülen des Zylinders verringert den darin enthaltenen Restgasgehalt, reduziert die Brennraumtemperatur und der erhöhte Massenstrom verbessert das dynamische Verhalten des Abgasturboladers. Durch den daraus resultierenden Sauerstoffüberschuss wird ein effektiver Betrieb des Dreiwegekatalysators behindert. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist Bindung des überschüssigen Sauerstoffs durch eine Oxidation mit den Produkten einer fetten Verbrennung aus dem Brennraum. Dadurch kann durch die Erhöhung der Abgasenthalpie das dynamische Verhalten des Turboladers zusätzlich verbessert werden. Die fette Verbrennung senkt außerdem die Temperatur im Brennraum, was die Klopfneigung verringert. Ein weiterer Nutzen der Nachoxidation ist die Möglichkeit, den Katalysator schneller auf Betriebstemperatur zu bringen.
Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Nachoxidationsmodells für die 0D/1D-Simulation. Um dieses Modell entwickeln zu können, ist ein tiefes Verständnis des entscheidenden Misch- und Oxidationsprozesses von Spülluft und fetten Verbrennungsprodukten erforderlich. Im Rahmen dieses Projekts werden 3D-CFD-Simulationen einschließlich der Reaktionskinetik in Kombination mit Prüfstandmessungen durchgeführt. Zur Reduktion der 3D-CFD-Rechenzeit wird ein reduzierter Reaktionsmechanismus, der alle wichtigen chemischen Prozesse der Nachoxidation abdeckt, entwickelt.
Das im Verlauf des Projekts entwickelte Nachoxidationsmodell wird basierend auf Prüfstandmessungen erweitert, um auch Prozesse innerhalb der Turbine abbilden zu können.
Schließlich wird ein RDE-Fahrzyklus simuliert, um zum einen das Potential der Nachoxidation aufzuzeigen und zum anderen den Einfluss kritischer Beschleunigungsmanöver auf die Anwendbarkeit auf Nachoxidation zu bewerten.
Laufzeit:
01.01.2019 - 31.12.2020
Fördergeber:
BMWi/AiF/CORNET | 234 EN/1
FVV (Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e. V.)
NEDO (Japanese New Energy and Industrial Technology Development Organisation | Entwicklungsorganisation für Erneuerbare Energie und Industrietechnologie)
AICE (Research Association of Automotive Internal Combustion Engines | Forschungsvereinigung für Fahrzeugmotoren)
Projektkoordination:
Christine Burkhardt (EnginOS GmbH)
Yoshihiro Imaoka (Nissan Motor Co. Ltd)
Forschungsstellen:
Prof. Dr.-Ing. Michael Bargende (IVK | Universität Stuttgart)
Prof. Dr. Yasuo Moriyoshi (Chiba University)
Prof. Dr. Tetsuya Aizawa (Meiji University)
Ziel dieses innovativen Forschungsprojektes ist es, die Entwicklung eines Nachoxidationsmodells für die 0D/1D-Motorsimulation zu entwickeln, wozu ein tieferes Verständnis des entscheidenden Misch- und Oxidationsprozesses von Spülluft und fetthaltigen Verbrennungsprodukten erforderlich ist. Die Forschungsstellen wollen dazu eine mischungsoptimierte Abgaskrümmergeometrie entwickeln und auf dem Motorprüfstand bewerten.
Das neue Nachoxidationsmodell wird für die Simulation eines RDE-Fahrzyklusses (Messung von Emissionen im praktischen Fahrbetrieb) zur Verbesserung des transienten Motorverhaltens bei gleichzeitiger Minimierung der Emissionen benötigt. So können z. B. kritische Beschleunigungsmanöver untersucht werden, die zu einer Überschreitung der maximalen Katalysatortemperatur führen können.
Während die Prüfstandsmessungen von Chiba und Meiji University in Japan durchgeführt werden, betreut das IVK die CFD-Simulationen und die Entwicklung von 0D/1D-Modellen. Das Projekt endet planmäßig im Dezember 2020.
Bildlegende (v. l. n. r.):
Prof. Dr. Tatsuya Kubayama (Chiba University), Kazuo Takeuchi (Toyota), Prof. Dr.-Ing. Michael Bargende (IVK | Universität Stuttgart), Christine Burkhardt (EnginOS), Prof. Dr. Yasuo Moriyoshi (Chiba University)
Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V.
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