Virtuelle Methode zur Untersuchung der dynamischen Emissionsentstehung am Ottomotor

Steigende Anforderungen an Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemissionen und verkürzte Entwicklungszeit erfordern eine Weiterentwicklung der Entwicklungsmethoden für Verbrennungsmotoren. Im Fokus stehen verschärfte Zulassungszyklen für Pkw-Motoren, bei denen auch die Emissionen im Kaltstart und bei starken Lastwechseln berücksichtigt werden müssen. Zur Analyse und Bewertung der dynamischen Emissionsentstehung wird ein Simulationswerkzeug erstellt, das etablierte Simulationsmethoden miteinander verknüpft. Der Motorbetrieb wird durch eine 1D-Ladungswechselsimulation simuliert und der Verbrennungsprozess durch eine 0D-Reaktionskinetik berechnet. Hierbei werden die thermischen Randbedingungen aus einem 1D-thermischen Netzwerk und der Gemischbildungsprozess aus einer 3D-Zylinderinnenströmungssimulation ermittelt. Im Simulationswerkzeug definierte Kriterien starten die 3D-Simulation und werten diese aus,
sodass das Ergebnis der Simulation als Startbedingung für die Verbrennungsmodellierung dient. Die Arbeit zeigt, dass diese rechenzeitaufwändige Einbindung der 3D-Gemischbildung besonders für die Berechnung der Rußemission erforderlich ist, während die Berechnung der NOx-, uHC- und CO-Emissionen bereits mit der Kombination der 0D- und 1D-Simulationsansätze gut gelingt.