Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Modellierung der Klopfhäufigkeit und Klopfintensität für aktuelle und zukünftige Anforderungen

Einer der wichtigsten limitierenden Faktoren für die Erzielung höherer thermischer Wirkungsgrade bei Ottomotoren sind Klopfphänomene. Das Auftreten des Klopfens hängt jedoch stark vom gewählten Kraftstoff ab. Im Forschungsvorhaben 19787 N "Basismodell Klopfen und Einflussgrößen" konnten bereits eine deutliche Verbesserung der Vorhersage der Klopfgrenze erzielt sowie Ansätze für die 3D-CFD verfeinert und validiert werden. Dort wurden neben breiten Variationen der Betriebsbedingungen auch vier verschiedene Benzinkraftstoffe bzw. Blends untersucht und erfolgreich modelliert.

Im vorliegenden Nachfolgevorhaben sollen die vorhandenen Modelle weiterentwickelt werden, um auch Aussagen über Klopfstärke und -häufigkeit treffen zu können. Der Fokus liegt dabei auf synthetischen Kraftstoffen, welche zukünftig ottomotorischen Brennverfahren zugeführt werden sollen. Daher sollen sowohl die 0D/1D-Modellierung als auch die RANS 3D-CFD Simulation um die Aussagen zu Klopfstärke und Häufigkeit erweitert werden. Letztere kann als sehr kosteneffektiver Ansatz ohne eine solche Modellentwicklung lediglich mittlere Zyklen ohne statistische Aussagekraft abbilden. Bei der Entwicklung sollen auch die Erkenntnisse aus dem FVV-Projekt „Fast Knocking Prediction“ aufgegriffen und Daten aus durchgeführten Large-Eddy Simulationen abstrahiert werden. Die erweiterten Modelle sollen im Anschluss mit Methanol, Wasserstoff und Ammoniak getestet werden. Für Methanol und Wasserstoff kann hierfür auf Messdaten aus früheren Forschungsprojekten zurückgegriffen werden, für Ammoniak sind Versuche an der Klopfgrenze geplant.

Durch die Bereitstellung der Validierungsdatenbank sowie des Quellcodes umfangreicher 0D/1D- sowie 3D-Modelle ermöglicht dieses Projekt den KMU, die neuesten verfügbaren Modelle zu nutzen. Gleichzeitig erhalten die KMU grundlegende Kenntnisse über die Klopfeigenschaften sowie wichtige Erkenntnisse über die generelle Machbarkeit des Einsatzes synthetischer Kraftstoffe.