Die wesentlichen Anforderungen an Fahrzeugabgasanlagen sind es, die Belastung der Umwelt, der Fahrgäste und des Fahrzeugs durch die Abgase des Verbrennungsmotors zu minimieren. Grenzwerte für die Belastungen der Umwelt und der Passagiere werden dabei durch gesetzliche Vorschriften vorgegeben. Zusätzlich erfordert ein verschärfter Wettbewerb Abgasanlagen mit immer höherer Qualität in kürzerern Zeiträumen zu entwickeln und optimal an die Fahrzeuge anzupassen. Um diese Anforderungen erfüllen zu können, werden bei der Auslegung und Entwicklung von Abgasanlagen Simulationsverfahren eingesetzt. Falls diese Methoden richtig in einer frühen Entwicklungsphase eingesetzt werden, kann die Zahl der zu entwickelnden und testenden Varianten verringert werden. Außerdem können durch die zusätzlichen Informationen, die in den Ergebnissen von Simulationsverfahren enthalten sind, Abgasanlagen mit höherer Qualität, Effizienz und Lebensdauer entwickelt werden. Durch den Einsatz von Simulationsverfahren können demnach Kosten und Zeit gespart sowie Wettbewerbsvorteile erzielt werden. Bedingt durch verschiedene nationale und internationale Initiativen nimmt die Qualitätssicherung von Simulationsergebnissen mehr und mehr den ihr zustehenden, wichtigen Platz ein. Bei den numerischen Verfahren zur Strömungsberechnung bedeutet dies z.B. die Quantifizierung der Fehlerarten Iterationsfehler und Diskretisierungsfehler. In dem vorliegenden Beitrag werden die wichtigsten Elemente der Strömungs- und Struktursimulation von Abgasanlagen besprochen. Bei der Entwicklung dieser Systeme werden gegenwärtig Simulationsverfahren in den folgenden Bereichen eingesetzt: Reduzierung der schädlichen Emissionen von Verbrennungsmotoren, Sound-Design der Abgasanlagen, Beherrschung der mechanischen Belastungen durch Kräfte und Momente des Verbrennungsmotors und des Abgasstroms sowie durch Fahrbahnanregungen und schließlich die Vorhersage der Dauer- und Zeitfestigkeit von Bauteilen. Die dazu notwendigen Simulationsverfahren kommen vorwiegend aus den Bereichen Strukturmechanik, Strömungsmechanik und Akustik. Während diese Simulationsverfahren bis vor kurzer zeit hauptsächlich nebeneinander angewendet wurden, gibt es heute einen starken Trend dazu die Realitätsnähe von Simulationen durch gekoppelte Anwendung von Simulationsverfahren zu erhöhen. Durch die gekoppelte Anwendung lassen sich am Rechner virtuelle Prototypen erzeugen, wodurch die Wertschöpfung der Simulationsverfahren erhöht wird. In der Zukunft wird der Kopplung der Verfahren noch wesentlich mehr Bedeutung zukommen. Parallel dazu werden in CFD-Verfahren Modelle zur Berechnung der chemischen Reaktionen und des Wärmehaushalts in Katalysatoren weiterentwickelt. Die Strukturmechanik wird verstärkt mit Lebensdauer- und Schadensberechnungen kombiniert werden. Zusammen mit den Fortschritten bei den Simulationsverfahren für Aero- und Thermoakustik sowie der Berechnung von Körperschall lassen sich dann vollständige virtuelle Prototypen simulieren.


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