Gunnar Stiesch

Verbrennungsmodelle für Dieselmotoren

In diesem Kapitel werden sog. phanomenologische Verbrennungsmodelle beschrieben, die sich fur die Simulation der dieselmotorischen, diffusionsgesteuerten Verbrennung mit Selbstzundung etabliert haben. Die phanomenologischen Modellansatze verfolgen dabei das Ziel, einerseits die charakteristischen physikalischen und chemischen Ablaufe zu beschreiben, andererseits aber zugunsten einer kurzen Rechenzeit bewusst auf eine Losung des dreidimensionalen turbulenten Stromungsfeldes zu verzichten (Stiesch 2003). Weitere Informationen zur Klassifizierung dieser Verbrennungsmodelle sind in Kap. 43, Abb. 43.1 und 43.2 dargestellt.

Verbrennungsmodelle für Ottomotoren

Fur die Berechnung von motorischen Verbrennungsvorgangen kommen heute verschiedene Modellkategorien zum Einsatz, die sich z. T. sehr stark in ihrem Detaillierungsgrad, aber auch in ihren Rechenzeiterfordernissen unterscheiden (s. Stiesch 2003). Als phanomenologische Modelle werden dabei ublicherweise die Berechnungsmodelle bezeichnet, die die Verbrennung und Schadstoffbildung in Abhangigkeit ubergeordneter physikalischer und chemischer Phanomene wie Strahlausbreitung, Gemischbildung, Zundung, Reaktionskinetik usw. vorausberechnen. Weil hierfur eine raumliche Aufteilung des Brennraums in Zonen verschiedener Temperatur und Zusammensetzung erforderlich ist, werden die Modelle auch als quasidimensionale Modelle bezeichnet. Die phanomenologischen (bzw. quasidimensionalen) Modelle grenzen sich auf der einen Seite von den nulldimensionalen (oder thermodynamischen) Modellen ab, die den Brennraum zu jedem Zeitpunkt vereinfachend als ideal durchmischt annehmen und die auf empirischen Ansatzen fur die Brennrate beruhen. Auf der anderen Seite unterscheiden sich die phanomenologischen Verbrennungsmodelle von den CFD‐Codes (CFD = Computational Fluid Dynamics, vgl. Teil IX, Kap. 47–54), indem auf eine explizite Losung des turbulenten dreidimensionalen Stromungsfeldes bewusst verzichtet wird (siehe Abb. 43.1). Dadurch kann die Rechenzeit erheblich reduziert werden. Fur die Berechnung eines Motorarbeitsspieles liegt sie bei phanomenologischen Modellen im Bereich von Sekunden, bei CFD‐Codes dagegen im Bereich von Stunden (siehe Abb. 43.2). Phanomenologische Modelle werden deshalb insbesondere in Arbeitsprozessberechnungen zur Auslegung des Gesamtmotors eingesetzt, CFD‐Berechnungen dagegen fur die Berechnung spezieller Fragestellungen, wie beispielsweise die Auslegung der Einlasskanal‐ und Arbeitsraumgeometrie oder der detaillierten Schadstoffbildung.