Auf der Suche nach effizienteren und sauberen Motoren
Bei den Techniken, die unter Umständen die Grundlage für zukünftige hocheffiziente, nahezu emissionsfreie Fahrzeuge darstellen, spielen neuartige Ansätze für den Verbrennungsprozess wie Controlled Auto Ignition (CAI) eine wichtige Rolle. Das Auftreten deutlicher Schwankungen bei unterschiedlichen Teilen des laufenden Motors von Takt zu Takt bleibt einer der Faktoren, die die vollständige Erforschung des Potentials dieser neuen Verbrennungstechnik erschweren. Um die genaue Vorhersage der Auswirkungen eines ungleichmäßigen Motorbetriebs auf die Effizienz bei der Energieumwandlung und die daraus folgenden Schadstoffemissionen zu verbessern, wurde eine neuartige Software zur Motorenentwicklung vorgestellt. Die LES-Techniken (Large Eddy Simulation) waren für die LESSCO2-Projektpartner aufgrund der Möglichkeit zur Filterung einzelner und, noch wichtiger, räumlicher Takte interessant. LES-Techniken ermöglichen eine bessere Darstellung der Strömungsverhältnisse im Zylinder sowie der Verbrennung als die verbreiteten Reynolds Averaged Navier-Stokes-Techniken, da sie über die Möglichkeit zur Vorhersage von Schwankungen mit hoher Frequenz verfügen. Mit dem langfristigen Ziel, ein robustes CFD-Tool zu entwickeln, das Taktschwankungen in Verbrennungsmotoren vorhersagen kann, wurde der AVBP-Code am Institut Français de Pétrole aktualisiert. Die Forschungsarbeiten haben sich auf den Erhalt der numerischen Eigenschaften des Code bei Gitterverformung durch die Bewegung von Kolben und Ventilen und auf die Gitterverwaltung mithilfe von Conditioned Temporal Interpolation konzentriert. Da AVBP in erster Linie für turbogeladene Anlagen entwickelt wurde, wurden fortschrittliche numerische Methoden implementiert, um die sich bewegenden Grenzen in einem effizienten Rechenmodell zu handhaben und gleichzeitig das Auftreten negativer Zellvolumen zu vermeiden. Weiterhin wurde eine Technik für die automatische Gitterverwaltung adaptiver Grenzbedingungen für Eingangs- und Ausgangsströmungen sowie ein LES-Verbrennungsmodell für fremdgezündete Motoren entwickelt. Die ersten Ergebnisse haben die verbesserten Eigenschaften der neuen, parallelen LES-Lösung für reaktive komprimierbare Navier-Stokes-Gleichungen mit mehreren Komponenten in zwei- oder dreidimensionalen unstrukturierten hybriden Gittern gezeigt. Dieses äußerst innovative Software-Tool bietet grundlegende Möglichkeiten für die Aufwärmphase von Motoren und deren Einfluss auf die Kraftstoffeffizienz und gleichzeitig wertvolle Perspektiven für die Entwicklung zukünftiger Fahrzeugmotoren.
