Technische Verbrennung Simulation verbrennungsmotorischer

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1 Günter P. Merker, Christian Schwarz - U3 A Technische Verbrennung Simulation verbrennungsmotorischer Prozesse Von Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Günter P. Merker und Priv.-Doz. Dr.-Ing. Christian Schwarz Mit 122 Abbildungen Teubner B.G.Teubner Stuttgart Leipzig Wiesbaden

2 Abkürzungen und Formelzeichen XI 1 Einleitung Vorbemerkungen Modellbildung Simulation 3 2 Reale Arbeitsprozeßrechnung Füll- und Entleermethode Grundlagen Ein-Zonen-Zylinder-Modell Grundlagen Mechanische Arbeit Durchflußgleichung/Ausflußfunktion/Ventilhubkurven Wärmeübergang im Zylinder Wärmeübergang im Auslaßkrümmer Wandtemperaturmodelle Brennverlauf ' Innere Energie Zwei-Zonen-Zylinder-Modell Modellierung des Hochdruckteiles nach Hohlbaum Modellierung des Hochdruckteiles nach Heider NO x -Bildung Modellierung des Ladungswechsels beim Zweitaktmotor Weitere Komponenten des Gaspfades im Verbrennungsmotor Gasdynamik Grundgleichungen der eindimensionalen Gasdynamik Massenbilanz Impulserhaltungssatz Energieerhaltungssatz Numerische Lösungsverfahren Einstufiges Lax-Wendroff-Verfahren Zweistufiges Lax-Wendroff-Verfahren Randbedingungen Aufladung Aufladeverfahren Grundlagen Verdichter Turbinen Abgasturbolader 100

3 VIII Strömungsverdichter Bezogene Größen Kennfelddarstellung Extrapolation Verhalten an der Pumpgrenze Verdrängerlader Strömungsturbine Bezogene Größen Extrapolation Kennfelddarstellung Variable Turbinengeometrie Ladeluftkühlung Grundlagen Numerische Behandlung Vor-und Nachteile der Ladeluftkühlung Gesamtprozeßanalyse Allgemeines Thermisches Motorverhalten Grundlagen Modellierung des Rohrsystems Kühlkreislauf Ölkreislauf Physikalische Eigenschaften von Öl und Kühlwasser Kühlmittel Motoröl r Motorreibung Reibungsansatz für den betriebswarmen Motor Reibungsansatz für Warmlauf Reibungsansatz für niedrige Temperaturen Bestimmung des reibrelevanten Ölwärmestroms Motorsteuerung/Regelung PID-Regler Lastregelung Verbrennungsregelung Regelung der Abgasrückführung Interne Abgasrückfuhrung Externe Abgasrückführung Regelung am Aufladeaggregat Ladedruckregelung Rückblaseregelung (Pumpschutz) 151

4 IX Abgastemperaturregelung Fahrerregler Darstellung des Motors als Kennfeld Vorgehensweise und Randbedingungen Rekonstruktion des Drehmomentenverlaufs Simulationsergebnisse Stationäre Untersuchungen (Parametervariationen) Lastvariation gedrosselter Ottomotor Einfluß von Zündung und Brenndauer Variation von Verdichtungsverhältnis, Last und Spitzendruck am Großdieselmotor Untersuchungen zu vollvariablen Ventiltrieben Variation der Saugrohrlänge und der Ventilsteuerzeiten (Ottomotor, Vollast) Untersuchungen zum Restgas bei einem abgasturboaufgeladenen Pkw-Dieselmotor Umblasen Großdieselmotor Transiente Untersuchungen Lastaufschaltung Generator Hochlauf eines Dieselmotors mit Registeraufladung Beschleunigung eines NFZ im direkten Gang Beschleunigung eines NFZ von 0 auf 80 km/h Eingriffsmöglichkeiten am Abgasturbolader (Wastegate, VTG, elektrisch unterstützter Lader, elektrischer Zusatzverdichter) Teil des ECE-Zyklus Warmlauf im ECE-Zyklus Beschleunigung und Lastabwurf beim turboaufgeladenem Ottomotor Dreidimensionale, instationäre Strömungsfelder Navier-Stokes-Gleichungen Strömungsfeld Erhaltungssätze Allgemeine Grundgleichungen Numerische Integrationsverfahren Reynoldsgemittelte Navier-Stokes-Gleichungen Turbulenzmodelle Wirbelviskositätshypothese 198

5 X Das k, e-modell Reynoldsspannungs-Modelle Wandgesetze Universelles Geschwindigkeitsgesetz Universelles Temperaturgesetz Eindimensionale Wandbindungsgleichung Anwendungen 209 S. Verbrennungsmodelle Klassifizierung PhänomenologischeMehr-Zonen-Modelle DieselmotorischeVerbrennung Ottomotorische Verbrennung Schadstoffbildung Dreidimensionale Modelle Dieselmotorische Verbrennung Ottomotorische Verbrennung Zusammenfassung und Ausblick 240 Anhang A: Thermodynamische Grundlagen 242 Literatur 247 Stichwortverzeichnis 253