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Beseitigung des Klopfens bei Fahrzeugen

In Anbetracht der immer strenger werdenden Abgasnormen sind die europäischen Fahrzeughersteller fortwährend bestrebt, die Kraftstoffeffizienz und die Motorleistung zu erhöhen. Dies zu erreichen war das Ziel zahlreicher motorischer Prüfverfahren und Computersimulationen, die während des MINKNOCK-Projekts durchgeführt wurden.

Industrielle Technologien

Die europäischen Fahrzeughersteller haben sich in einem der weltweit am härtesten umkämpften Industriezweige einen ausgezeichneten Ruf erarbeitet. Um auch im 21. Jahrhundert hier eine führende Position einnehmen zu können, muss die Entwicklung von sparsamen und umweltfreundlichen Fahrzeugen in den Vordergrund gestellt werden. Ein Weg hierzu besteht in der Reduzierung des Klopfens. Dieses Phänomen führt zu einem gesteigerten Kraftstoffverbrauch sowie zu einer erhöhten Emission von Schadstoffen und Treibhausgasen. Ziel der Teilnehmer des MINKNOCK-Projekts, zu denen Fahrzeughersteller, Mineralölunternehmen und Forschungseinrichtungen gehörten, war es, das Auftreten eben dieses Phänomens zu reduzieren. Die Ingenieure der Ford-Werke AG in Deutschland begannen mit Testreihen eines Serienmotors unter Verwendung unterschiedlicher Kraftstoffsorten in einem breiten Spektrum von Betriebsbedingungen. Sie fanden heraus, dass die Motorleistung von der Research-Oktanzahl (ROZ) sowie von der Motor-Oktanzahl (MOZ) abhängt, und dass andere Größen wie das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ebenfalls eine wichtige Rolle spielen. Darüber hinaus wurde der Zusammenhang zwischen den verschiedenen Oktanzahlen und der Klopfneigung beziehungsweise der Frühzündung untersucht. Es konnte schließlich gezeigt werden, dass eine von Shell vorgeschlagene Tabelle, in der die ROZ wie auch die MOZ berücksichtigt werden, zur Vorhersage der Klopfneigung am geeignetsten war. Die motorischen Prüfverfahren wurden anhand umfangreicher Simulationsrechnungen unter Verwendung von numerischen Strömungsmodellen ergänzt. Hier kamen der STAR-CD-Code, der FIRE-Programmcode und das Shell-Modell zur Modellierung der Selbstzündung (Shell Auto-Ignition Model) zur Verwendung, in einigen Fällen auch in Kombination mit einem sogenannten ECFM, einem Modell zur Verbrennungssimulation (Extended Coherent Flame Model, erweitertes kohärentes Flammenmodell). Im Anschluss an die Berechnungen experimentierten die Ingenieure des Unternehmens Ford mit verschiedenen Parametrisierungen des Wärmeübergangs, der Turbulenzen und anderer Phänomene, um die Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen der Modelle und den experimentellen Daten zu optimieren.

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18 Oktober 2017