Optimierte Verbrennungsmotoren

Referenzprojekte

MESA - Methodische Entwicklung energieeffizienzsteigernder und schadstoffminimierender Abgassysteme und ihrer Komponenten

Gekoppelte thermomechanische Simulationen der Strukturbelastung des Turboladers

Im Bereich der Verbrennungsmotoren ermöglicht die umfassende, wissenschaftliche Durchdringung eine fundierte Vorausschau über die Verbesserungspotentiale im Hinblick auf Energieverbrauch und Emissionsminderung, beispielsweise durch die Aufladung unter Nutzung der Abgasrestenergie. Die Vielzahl erforderlicher Betriebspunkte im Drehmoment-Drehzahl-Kennfeld und die hochgradig instationären, strömungstechnischen Randbedingungen erzwingen eine effiziente Regelung der Aufladekenngrößen und erfordern neue Systemkonfigurationen im konstruktivtechnologischen Sinn ebenso wie neue methodische Ansätze. Die angestrebten Optimierungseffekte müssen sich auf Motoren mit sehr kleinem Hubraum (z. B. Range Extender) bis zu großen Hubräumen (Nutzfahrzeuge, Baumaschinen) skalieren lassen. Um unter diesen Vorgaben eine wirkungsvolle Schadstoffminimierung zu gewährleisten, entwickelt die Forschergruppe neue Auslegungsmethoden für die Abgasnachbehandlung. Für Abgasturbolader und offene Dieselpartikelfilter wurden strömungs- und strukturdynamische Simulationsmodelle (CFD + FEM) erstellt. Diese ermöglichen die skalenübergreifende (vom Nanometer- bis in den Zentimeterbereich) Filtercharakterisierung, bzgl. Abscheideeffektivität, Gegendruck und Ablagerungsort. Mit Hilfe gekoppelter CFD- und FEM-Simulationen konnten die Auswirkung zyklisch wechselnder Strömungs- und Temperaturbelastungen auf die mechanisch-thermische Stabilität des Turboladers analysiert werden. Ein weiteres Themenfeld der Forschergruppe bilden hochstabile, hochgenaue und hochdynamische Temperatur- und Drucksensoren zur exakten Zustandsüberwachung im Fahrzeug sowie Partikelsensoren für die On-Board-Diagnose (OBD). Auf dem Gebiet der Temperatursensorik werden die Ansprechzeiten von Mantelthermoelementen mit neuen Vorhersagealgorithmen optimiert. Für die Validierung der Ergebnisse wurde in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner ein Heißgasprüfstand entworfen. Die im Projekt neu entwickelten, optimierten Drucksensoren auf Basis des fotoelastischen Effekts, arbeiten über mehrere Dekaden präzise. Bei der Entwicklung von ON-Board Partikelsensoren ist es gelungen einen Demonstrator aufzubauen, der Partikel im μm-Bereich detektieren kann.

Simulation der Partikelablagerung im Dieselpartikelfilter