Alternatives Verbrennungskonzept für einen hoch phlegmatisierten Hybridantrieb – Simulation und Validierung eines Zweikraftstoffmotors mit homogener Raumzündung mit Hilfe von chemischer Kinetik mittels 1-D Simulation & 3-D-CFD-Software

Autoren

L. M. GrundlMSc, P. K. Sundaram  MSc, Dr.-Ing. G. A. Pang, Prof. Dr.-Ing. C. T. Trapp, Labor für Fahrzeugantriebe, Universität der Bundeswehr München; F. Loffredo MSc, Institut für Technische Verbrennung, RWTH Aachen University:

Jahr

2023

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Mit der steigenden Nachfrage nach klimaneutralen Antrieben rücken innovative Verbrennungskonzepte für erneuerbare Kraftstoffe immer mehr in den Fokus. Im Rahmen des dtec.bw Munich Mobility Research Campus (MORE) wird ein serieller Hybrid-Antriebsstrang mit einem phlegmatisierten Verbrennungsmotor mit homogener Kompressionszündung mit zwei Kraftstoffen (HCCI) entwickelt. Dieser serielle Hybridantrieb ermöglicht es, den Verbrennungsmotor mit nur drei stationären Betriebspunkten zu betreiben, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch, einem höheren Wirkungsgrad und niedrigen NOx- und Rußemissionen führt. Die Emissionsreduzierung wird durch erneuerbare und kohlenstoffneutrale Kraftstoffe wie Ethanol und 1-Octanol noch verstärkt. Zusammen mit dem ultramageren, homogenen Verbrennungskonzept führen diese Kraftstoffe zu vernachlässigbaren Ruß- und extrem niedrigen NOx-Emissionen. In diesem Beitrag werden die Vorteile dieses Konzepts anhand von Simulationen mit detaillierter Reaktionskinetik dargestellt. Zur Validierung der Simulationsmodelle wurden Experimente an einem Einzylinder-Forschungsmotor durchgeführt. Mit Hilfe dieser experimentellen Basisdaten wird das Motormodell als 1-D-System mit der Simulationssoftware GT-Power und als 3-D-CFD-Modell mit der Software AVL FIRE M modelliert und kalibriert. Beide Modelle verwenden einen reduzierten chemischen Mechanismus für die Verbrennungssimulation. Anhand der kalibrierten Modelle wird untersucht, inwieweit sich die Verbrennung durch Variation des vorgemischten Kraftstoffverhältnisses bei gleichbleibender Homogenität und gleichem Energiegehalt des Kraftstoffs steuern lässt. Darüber hinaus werden in diesem Beitrag auch die Herausforderungen bei der Verwendung chemiebasierter Simulationsmodelle erörtert.

ISBN

978-3-9504969-2-5