Beschreibung
Eine treibende Kraft zur Entwicklung neuer Brennverfahren sind die sich verschärfenden gesetzlichen Emissionsgrenzwerte. Mit der Einführung der Euro 6 Norm für Pkw rücken die Grenzwerte für die Partikelanzahl in den Fokus der Entwickler. Gelingt mit einem neuen Selbstzündungsverfahren im Ottomotor eine gute Gemischbildung und somit eine Homogenisierung der Zylinderladung, können die Partikelemissionen stark gesenkt werden. In dieser Arbeit werden Berechnungen zur Einschätzung verschiedener Ventiltriebsstrategien durchgeführt, um den nutzbaren Kennfeldbereich des Brennverfahrens mit homogener Selbstzündung zu erweitern. Mit Hilfe eines 0D-Simulationsmodells, welches die gasführenden Bauteile eines Ottomotors mit Direkteinspritzung und Abgasturboaufladung abbildet, konnten durch Variation der Ein- und Auslassventilhubkurven Restgasgehalte bestimmt werden, die eine sichere Selbstzündung gewährleisten. Eine Gegenüberstellung der Strategien, Rücksaugen und Rückhalten, ergab Vorteile für die Rückhaltestrategie in der Bereitstellung hoher Restgasgehalte. Grundlage für diese Berechnungen waren umfangreiche Strömungsmessungen. Für verschiedene potentielle Versuchsträger wurden Durchflusskennwerte der Ein- und Auslasskanäle bestimmt und bewertet. Des Weiteren konnte durch die gezielte Messung der Zylinderströmung der Einfluss von konstruktiven Unterschieden der Zylinderköpfe auf die Ladungsbewegung ermittelt werden. Diese Messgrößen sind zur Parametrierung des Motormodells notwendig. Zur Interpretation von Versuchsergebnissen lassen sich die Untersuchungen zur Zylinderströmung durch Auswertung bestimmter Symmetrieeigenschaften sowie der Intensität der Ladungsbewegung ebenfalls nutzen. Ein Materialauftrag im Bereich der Brennraumkalotte zur Verdichtungserhöhung und die anschließende mechanische Bearbeitung eines Zylinderkopfes, führten zu einer starken Asymmetrie der Zylinderströmung bei geringen Ventilhüben. Diese Eigenschaft wirkt sich einerseits positiv auf die Gemischbildung und somit auf die Homogenisierung der Ladung aber andererseits negativ auf die Durchflussbeiwerte aus. Unter der Annahme, dass die Zylinderladung vor dem Einsetzen der Selbstzündung noch nicht vollständig homogenisiert ist, wurde ein gekoppeltes 0D-3D-Simulationsmodell entwickelt. Durch die 3D-Simulation der Strömung im Ladungswechsel und der anschließenden Kompressionsphase werden diese Inhomogenitäten ermittelt und durch Auswertung der Temperaturverteilung und Volumenanteile an das 0D-Motormodell übertragen. So gelingt es, den zunächst nulldimensionalen Ansatz zur Berechnung des Klopfkriteriums und der Energieumsetzung in einen mehrzonigen Ansatz zu überführen. Der abschließende Vergleich mit experimentellen Untersuchungen ergab eine sehr gute Übereinstimmung der Druck- und Temperaturverläufe für Kleinst- und Teillastbetriebspunkte. Mit zunehmender Last wird jedoch die Verbrennungseinleitung zu früh berechnet.
