Auf dem Weg zu sauberen Dieselmotoren
Dieselmotoren ermöglichen eine Kombination äußerst hoher Wärmewirkungsgrade mit effizienter Kraftstoffnutzung, was zu geringen Kohlenstoffemissionen führt. Der einzige Nachteil sind die Stickoxid- (NOx) und Partikelemissionen, die bei vielen Aspekten der Motorentwicklung in Wechselwirkung stehen. So verringern beispielsweise sehr hohe Temperaturen im Brennraum den Rußausstoß, führen jedoch zu erhöhten Stickoxidemissionen. Ziel des MINNOX-Projektes war die Bestimmung der effizientesten Möglichkeit für eine drastische Verringerung der NOx-Emissionen bei Dieselmotoren wie kurz- und mittelfristig von der Gesetzgebung gefordert. Modellierungs-Tools haben sich als wertvoll für eine Verringerung der erforderlichen Experimente, die für eine genaue Vorhersage der Gemischbildung und der daraus folgenden Leistung von Verbrennungsmotoren erforderlich sind, erwiesen. Die Forschungsarbeiten in den Labors der Ford Werke AG haben sich auf die Verbesserung der CFD-Modellierung (Computational Fluid Dynamics) von Wandreibung und Wärmeübertragung im Zylinder konzentriert. Hierbei wurde auch der Kühlmittelkreislauf in Betracht gezogen, der Wärme von den Motorkomponenten abführt und überhöhte Temperaturen verhindert, die schädlich für das Schmieröl sind. Die Überprüfung des verbesserten Wärmeübertragungsmodells erfolgte durch Vergleiche mit Versuchsdaten und Daten aus einer Large-Eddy-Simulation (LES) für eine ideale Strömungskonfiguration. Zur Berechnung der Gas- und Wasserströme wurden numerische Gitter erstellt, die auf CAD-Modellen (Computer Aided Design) der Brennraumkomponenten und des Kühlflüssigkeitsmantels um den Zylinder basieren. Bei einer Berechnung der Metalltemperaturen eines modernen Benzinmotors auf dem neuesten Stand der Technik wurde die Genauigkeit des neuen Modells, das CFD- (Computational Fluid Dynamics) mit FE-Methoden (Finite-Element) verbindet, eindrucksvoll bewiesen.
