Untersuchungen zum Wandwärmeübergang im Teillastbetrieb an einem Einzylinder-Forschungsmotor mit Benzin-Direkteinspritzung

Die Entwicklung moderner Brennverfahren mit hohen Wirkungsgraden bedingt eine Reduzierung der Wandwärmeverluste. Eine genauere Betrachtung des Wandwärmeübergangs bei der Durchführung von Prozessrechnungen ist hierbei ein wichtiger Baustein.

In Band 1/2017 der Schriftenreihe wird der Wandwärmeübergang im Teillastbetrieb an einem Einzylinder-Forschungsmotor mit Benzin-Direkteinspritzung untersucht. Zur Beleuchtung der weitgehend unbekannten Verhältnisse am Kolben wird der Wandwärmeübergang hier einer detaillierten messtechnischen Betrachtung unterzogen. Beim Vergleich der vorgestellten Messergebnisse mit den Berechnungen etablierter Wandwärmeübergangsmodelle haben sich systematische Abweichungen gezeigt.

Im Fokus der Arbeit steht die Entwicklung eines Wandwärmeübergangsmodells für die nulldimensionale Prozessrechnung. Beim vorgestellten Ansatz wird auf einen empirischen Verbrennungsterm verzichtet und lediglich der konvektive Wandwärmeübergangskoeffizient berechnet. Anstelle des üblicherweise verwendeten Verbrennungsterms im globalen Wandwärmeübergangskoeffizienten wird ein Modell für die Erfassung der Brennraumoberflächen durch die Flammenausbreitung vorgeschlagen, das sich durch seine geringe Komplexität und einfache Handhabung auszeichnet.

Zur Berechnung der Differenz aus Gas- und Wandtemperatur wird die bekannte zweizonige Betrachtung des Brennraumes verwendet. Es ergibt sich ein übersichtlicher und nachvollziehbarer Einfluss der Modellparameter auf den Wandwärmeverlust, der die in den Messungen identifizierten Einflüsse in einem phänomenologischen Modell abbildet. Die definierten Randbedingungen wie das Erreichen des Kolbens oder der Zylinderlaufbuchse ermöglichen eine sinnvolle Wiedergabe der Verhältnisse. Durch die aufwendigen Messungen am Kolben konnten zudem der Einfluss der Kolbenstellung und der Verbrennungsschwerpunktlage mit abgebildet werden.