Untersuchung ottomotorischer Verbrennungsanomalien unter Berücksichtigung des Mehrkomponentenaufbaus von Kraftstoffen

Dreidimensionale numerische Strömungssimulationen (3D-CFD Simulationen) ermöglichen eine detaillierte Analyse von unerwünschten Vorentflammungen in Ottomotoren. Eine wesentliche Herausforderung in 3D-CFD-Motorsimulationen ist die Modellierung des Kraftstoffes. Flüssigkraftstoffe wie Benzin oder Diesel bestehen aus einer Vielzahl verschiedenster Kohlenwasserstoffe. Eine exakte und gleichzeitig rechentechnisch effiziente Modellierung jeder einzelnen Kraftstoffkomponente in 3D-CFD ist aktuell nicht umsetzbar. Zur Repräsentation des Realkraftstoffes kommen daher Mehrkomponenten-Modellkraftstoffe zum Einsatz. Diese bestehen aus zwei bis zehn Einzelkomponenten.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Konzeptionierung, Validierung und Anwendung einer Simulationsmethode für ottomotorische Verbrennungsprozesse in 3D-CFD für Mehrkomponenten-Modellkraftstoffe. Kern der verwendeten Simulationsmethode ist eine Softwareschnittstelle zwischen dem numerischen Strömungslöser und einer Software zur Berechnung von Verbrennungsprozessen auf Basis detaillierter Chemie.
Die Validierung der Simulationsmethode erfolgt anhand von Druckkammeruntersuchungen und mittels einer Messkampagne an einem optisch zugänglichen Forschungsmotor. Mittels der eingeführten Simulationsmethode zur Verbrennungsmodellierung werden potentielle Auslösemechanismen für Vorentflammungen untersucht. Als wesentliche Auslöser wurden die inhomogene Verteilung von leicht- und schwersiedenden Kraftstoffkomponenten mit unterschiedlichen Zündwilligkeiten und Kraftstoff-Schmieröltropfen identifiziert und analysiert.