Die kontinuierliche Verschärfung der gesetzlichen Abgas-. und Geräuschemissionsgrenzwerte für Diesel-Kfz, zusammen mit der Forderung nach einem weiter sinkenden Verbrauch, führt zur Umsetzung neuer Konzepte in der Motorentwicklung. Diese Anforderungen gehen mit immer kürzeren Entwicklungszeiten einher. Dies führt u. a. zur Entwicklung der homogenen bzw. teilhomogenen Dieselbrennverfahren, durch deren Anwendung die Abgasemissionen bzgl. NOx und Russ drastisch gesenkt werden können. Die Ansätze zur Beschreibung der Vorgänge in Verbrennungsmotoren lassen sich dabei in drei Kategorien (empirische, phänomenologische und 3D-CFD-Modelle) einteilen. Im Rahmen der vorliegenden Studie werden bekannte empirische Modelle für die Beschreibung des Zündverzugs in Anwendung auf homogene Dieselbrennverfahren untersucht und bewertet. Empirische Modelle beeindrucken stets durch den minimalen Rechenaufwand für die Simulation eines kompletten Prozesses. Es stellt sich deshalb die Frage, ob diese empirischen Modelle geeignet sind, den Zündverzug bei Brennverfahren wie der homogenen Dieselverbrennung zielführend zu simulieren oder ob hierfür doch weitergehende Ansätze Anwendung finden müssen. Mit dem Zündverzug wird die Zeit zwischen dem Einspritzbeginn und dem messbaren Verbrennungsbeginn bezeichnet. Er wird wesentlich von den Betriebsparametern des Motors beeinflusst und beträgt bei DI-Dieselmotoren mit konventionellen Brennverfahren nur wenige Millisekunden. Während der Zeit des Zündverzugs laufen physikalische und chemische Vorgänge sowohl nacheinander als auch parallel ab. Untersuchungen der Dauer der jeweiligen Phasen zeigen eine Dominanz des chemischen Zündverzugs. Bestehende empirische Zündverzugsmodelle beschränken sich daher häufig auf die Modellierung der chemischen Zeitphase. Der Zündverzug hat erheblichen Einfluss auf den verbrennungstechnischen Ablauf des Dieselmotors. Er beeinflusst deshalb ganz wesentliche Merkmale eines Motors wie Ansprechverhalten, Leistungsverlauf, Akustik, Kaltstartverhalten und das Emissionsverhalten. Es wird festgestellt, dass es durchaus möglich ist, mit empirischen Modellen den Zündverzug bei der (teil-) homogenen Dieselverbrennung zielführend zu simulieren. Beachtet werden muss die jeweilige Kalibrierung bzgl. einer sinnvoll gewählten Aktivierungsenergie und bzgl. der Koeffizienten, aber auch in wie weit damit eine Vorhersage des Zündverzugs in größeren Betriebsbereichen möglich ist. Viel versprechend sind der klassische Ansatz von Wolfer, die Ansätze von Hardenberg und Hase sowie das Modell von Barba. Vergleicht man dabei aber die optimierten Parametersätze, so scheint die Simulation des Zündverzugs in einem kompletten Motorkennfeld mit diesen Ansätzen kaum möglich. Eine Lösung wäre deshalb sicherlich die Ermittlung eines Kennfeldes mit optimierten Parametern für unterschiedliche Betriebszustände. Ein weiterer zielführender Ansatz wäre die Erstellung eines phenomenologischen Modells, mit dem der physikalische und der chemische Teil des Zündverzugs getrennt voneinander aufgelöst werden. Auf diese Art und Weise können z. B. einem den chemischen Zündverzug beschreibenden Arrhenius Term lokale Bedingungen von Temperatur, Druck, Zusammensetzung, Wärmeumsatz - im Falle einer Voreinspritzung - als Randbedingungen vorgegeben werden.
Anwendbarkeit existierender Zünderverzugsmodelle für homogene und teilhomogene Dieselbrennverfahren
Applicability of existing models of ignition delay to homogeneous and partly-homogeneous Diesel combustion
2007
19 Seiten, 4 Bilder, 2 Tabellen, 10 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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