Es wurde ein thermisches Motor- und Fahrzeugmodell unter Berücksichtigung aller relevanten Wärmequellen und -senken entwickelt. Das so entstandene thermische Gesamtfahrzeugmodell ist in der Lage, sowohl die Temperaturentwicklungen im Verbrennungsmotor, Getriebe und Innenraum als auch den Kraftstoffverbrauch für verschiedene Fahrzyklen aus unterschiedlichen Starttemperaturen simultan zu berechnen. Ein Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Modellierung der kühlmittelseitigen Wärmeübergangskoeffizenten, da diese neben der Berechnung des Wärmeeintrags in das Kühlmittel ebenfalls die Entwicklung der Brennraumwandtemperaturen und damit die kurbelwinkelbasierte Motorprozessrechnung beeinflussen. Bei der Modellentwicklung wurde dabei großer Wert darauf gelegt, dass die entwickelte Methode allgemeingültig ist und auf jegliche wassergekühlte Verbrennungsmotoren angewendet werden kann. Für die Modellierung wurden detaillierte 3d-CFD Analysen am Beispiel eines V6 Dieselmotors durchgeführt. Im Anschluss wurde das Wärmeübertragungsproblem mit Hilfe ähnlichkeitstheoretischer Grundsatzüberlegungen auf dimensionslose Kennzahlen abstrahiert und mit Hilfe einer Funktionsanalyse in eine 1d-CFD Umgebung implementiert. Die Vorteile des entwickelten Modells zur Berechnung des kühlmittelseitigen Wärmeübergangs können wie folgt zusammengefasst werden: (1) Ähnlichkeitstheoretischer Ansatz (dimensionshomogen). (2) Gültigkeit in großem Temperaturbereich: -20 °C bis 4-110 °C. (3) Gültigkeit in großem Motordrehzahlbereich: 700 1/mm bis 4000 1/min. (4) Hochtransienter und thermisch instationärer Motorwarmlauf wird abgebildet. (5) Bewertung variierender Wasser/Glysantin-Gemische möglich. (6) Implementierung in schnellrechnende 1d-CFD Umgebung. Eine ähnliche Vorgehensweise zur Reduktion des multidimensionalen Strömungsproblems auf ein Minimum an Kennzahlen wurde bei der Beschreibung der Kühlmittelhydraulik gewählt. Durch die Anwendung dieser beiden Methoden konnten insbesondere vor dem Hintergrund variierender Simulationsrandbedingungen, wie z. B. Fahrzyklus oder Starttemperatur, Ergebnisse mit deutlich höherer Genauigkeit erzielt werden, als es mit aus der Literatur entnommenen Modellvorstellungen gelang. Eine ähnliche Vorgehensweise zur Reduktion des multidimensionalen Strömungsproblems auf ein Minimum an Kennzahlen wurde bei der Beschreibung der Kühlmittelhydraulik gewählt. Neben dem Ölkreislauf und der Motorraumdurchströmung liefert die Modellierung von Klimatisierungspfad und Fahrzeuginnenraum einen wichtigen Beitrag zur Bewertung von Thermomanagementmaßnahmen hinsichtlich des thermischen Komforts und der sicherheitsrelevanten Scheibenbeschlagsgefahr. Schließlich wurden die thermischen und mechanischen Eigenschaften des Antriebsstrangs sowie der Einfluss der Nebenaggregate und der Motorreibung auf die Berechnung des tatsächlichen Motorbetriebspunktes berücksichtigt. Darüber hinaus wird die wärmewirksame Reibleistung anteilig an den verschiedenen Reibpaarungen des Motorstrukturmodells zugeführt. Nachdem festgestellt werden konnte, dass sich, das thermische Gesamtfahrzeugmodell für die virtuelle Erprobung von Thermomanagementmaßnahmen eignet, wurde zunächst eine detaillierte Untersuchung zum Einfluss wesentlicher Systemrandbedingungen durchgeführt. Die untersuchten Anwendungsfälle unterstreichen die Notwendigkeit, dass für eine vollumfängliche Bewertung zukünftiger CO2-Reduktionstechnologien das gesamte Fahrzeug unter Berücksichtigung seiner Umgebung in den Fokus der Untersuchung rücken muss. Dazu müssen einerseits die verwendeten Modelle einen sehr hohen Detaillierungsgrad aufweisen und andererseits eine zeitsynchrone Kopplung gewährleistet werden.


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    Titel :

    Modellierung und Analyse des instationären thermischen Verhaltens von Verbrennungsmotor und Gesamtfahrzeug


    Beteiligte:
    Ghebru, Daniel (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2013


    Format / Umfang :

    180 Seiten, Bilder, Tabellen, 130 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch