Verbrennungsmotoren in der Antriebstechnik I (Internal combustion

Verbrennungsmotoren in der Antriebstechnik I
(Internal combustion engines in powertrain engineering I)
Dozent: Dr.-Ing. Jens Neumann (BMW AG, München)
Die Vorlesung richtet sich an Studenten des Maschinenbaus, der Verfahrenstechnik, E&C, TM und NAT. Ziel
der Lehrveranstaltung ist es, vertiefende Kenntnisse in die Simulation von Verbrennungsmotoren zu
erlangen. Der Schwerpunkt liegt dabei in der Befähigung zur Anwendung der 0D-/1DLadungswechselsimulation für verschiedenste Fragestellungen moderner Pkw-Ottomotoren.
Vor dem Hintergrund verschiedenster Faktoren wie der
globalen Erderwärmung als Folge des Treibhauseffekts,
zunehmender Rohstoffverknappung sowie erhöhten
Ansprüchen
an
Mobilität
in
aufstrebenden
Schwellenländern, ergeben sich für Verbrennungsmotoren
in der Antriebstechnik immer weiter steigende
Anforderungen an das Verbrauchs-, Leistungs- und
Emissionsverhalten. Dies bedingt gleichzeitig eine
Zunahme der Komplexität moderner Motoren mit jeder
Modellgeneration. In allen Entwicklungsphasen kommt
dabei der Simulation eine steigende Bedeutung zu. Hierbei
stellt die 0D-/1D-Ladungswechselsimulation für viele
Fragestellungen einen gelungenen Mittelweg zwischen
rechenzeitintensiveren 3D-CFD-Simulationen und eher empirisch geprägten 0D-Modellierungen dar.
Ziel der Vorlesung ist es zum einen, die für 0D-/1D-Ladungswechselsimulationen relevanten Aspekte von
Verbrennungsmotoren zu verstehen, z.B. funktionale Eigenschaften oder Konstruktionsmerkmale. Zum
anderen soll der allgemein für Ladungswechselsimulationstools zugrundeliegende theoretische Hintergrund
vermittelt werden, insbesondere die thermodynamischen Grundzusammenhänge. Die Vorlesung gliedert
sich wie folgt:



Verbrennungsmotorische Grundlagen
o Einteilungen
o Thermodynamik des Verbrennungsmotors
o Funktionale und konstruktionsrelevante Aspekte
Modellbildung und Simulation
o Einteilungen, andere Simulationsverfahren, 3D-CFD
o 0D-/QD-Modellierung der Thermodynamik innerhalb der Zylinder
o 1D-Modellierung der Thermodynamik außerhalb der Zylinder
o Modellierung des Gesamtantriebsstrangs von Fahrzeugen
Anwendungen der Motorsimulation (Link zur Übung)
In der Übung wird den Studenten der Umgang mit der hier exemplarisch verwendeten Software GT-Suite
(Gamma Technologies Inc.) vermittelt. Ziel der Übung ist die Befähigung zur selbstständigen Analyse
typischer Problemstellungen von Verbrennungsmotoren. Die Schwerpunkte liegen dabei zunächst in
Modellerstellung, Modellparametrierung, Parametervariationen, Optimierung und jeweils begleitendem
Postprocessing. Im weiteren Verlauf verlagert sich das Lernziel zum gezielten Erarbeiten erfolgreicher
Simulationsstrategien. Inhaltlich wird dabei – unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses der
Verbrennung – die Anwendung in verschiedenen physikalischen Domänen demonstriert:



Thermodynamische Analysen am Einzelzylinder
Mehrzylindermotoren in stationären und instationären Betriebszuständen
Zusammenspiel des Verbrennungsmotors mit dem Antriebsstrang im Fahrzeug
Vorlesung und Übung werden jeweils als Blockveranstaltung angeboten.