In einem Einzylinder-Forschungsmotor wird mittels Hochfrequenz-Druckmesstechnik klopfende Verbrennung aufgezeichnet. Die Analyse der Daten soll Rueckschluesse auf die physikalischen Vorgaenge bei der klopfenden Verbrennung zulassen. Die Schaedigungsmechanismen, die bei klopfender Verbrennung zum Ausfall von Zylinderkopfdichtung, Kolben, Kolbenringen oder Zylinderkopf fuehren, sollen analysiert werden.
Entwicklung eines neuartigen Stirlingmotors auf Basis des Pulse-Tube-Prinzips mit hohem Wirkungsgrad und ohne Verdrängerkolben.
Obwohl der direkteinspritzende Ottomotor erst am Anfang der Entwicklung steht, laesst er gegenueber einem vergleichbaren konventionellen Ottomotor mit Saugrohreinspritzung deutlich niedrigere Verbrauchswerte erwarten. Insbesondere im unteren und mittleren Lastbereich, wo aufgrund der heutigen Verkehrsproblematik ein Motor im Fahrzeug ueberwiegend betrieben wird, besitzt der direkteinspritzende Ottomotor aufgrund seiner drosselfreien Laststeuerung (Qualitaetsregelung) und den geringeren Wandwaermeverlusten einen deutlichen Wirkungsgradvorteil. Waehrend die Rohemissionen im Bezug auf Kohlenmonoxid CO im allgemeinen geringer (Magerbetrieb) sind als bei konventionellen Ottomotoren mit Saugrohreinspritzung, ist der Ausstoss an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Stickoxiden (NOx) meist hoeher. Grund hierfuer ist eine in noch nicht allen Betriebspunkten abgestimmte Gemischaufbereitung. Hierzu sind umfangreiche Grundlagenuntersuchungen notwendig, die die Auswirkungen der Brennraumform, der Einspritzparameter und der Stroemungsverhaeltnisse auf die Gemischbildung, den Verbrennungsablauf, den Wirkungsgrad (= Verbrauch und CO2-Emission) und die Schadstoffemission aufzeigen. Durch den gezielten Einsatz von keramischen Stoffen an Kolben, Zylinderwaenden und im Zylinderkopf kann die Gemischbildung beim De-Ottomotor moeglicherweise verbessert werden. Direkteinspritzende Ottomotoren japanischer Anbieter erfuellen die europaeischen und amerikanischen Abgasgrenzwerte noch nicht.
Hochfeste Kohlenstoffkeramiken als Kolbenwerkstoff erlauben neben der Reduzierung der schwingenden Masse eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und eine Verbesserung der Emissionswerte.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens 'Kolben-Zylinder-Dynamik' soll eine Softwareentwicklung zur Berechnung der Kolbensekundaerbewegung und des Kraft-Zeit-Verlaufs (Aufschlagimpulses) auf der Zylinderwand durchgefuehrt werden. Das Programm soll im Hinblick auf guenstige Rechenzeiten auf der Basis ebener Mehrkoerpersystem-Algorithmen (MKS) fuer die Kolbensekundaerbewegung unter Beruecksichtigung zweidimensionaler dynamischer Verformungen und reduzierter Hydrodynamik entwickelt werden. Darueberhinaus soll ein Loesungskonzept zur genaueren Berechnung des Aufschlagimpulses erarbeitet werden, das basierend auf der kommerziellen MKS-Software 'DADS' eine aufwendige, dreidimensionale, dynamische FEM-Verformungsrechnung und volle Hydrodynamikrechnung erlaubt. Das aufwendige Loesungskonzept wird herangezogen, um eine moeglichst exakte Simulation zu gewaehrleisten, aber auch um den Einfluss der getroffenen Vereinfachungen in der Aachener Programmentwicklung an Beispielen zu untersuchen. Dieses Loesungskonzept wird ueber die spezielle 'DADS'-Anwendung hinaus auch fuer weitere Programmsysteme mit vergleichbaren Leistungsmerkmalen verwendbar sein. Die notwendige Beruecksichtigung von Einflussgroessen wie Kolbenschaft- und Zylinderelastizitaet sowie Schmierfilmreaktionen an Kolbenschaft, Ringpaket und Kolbenbolzen erfolgt innerhalb der MKS-Systematik ueber Feder- und Daempfungselemente ('Fluid-Kontakt-Elemente'), deren Eigenschaften basierend auf den gegebenen physikalischen Gesetzmaessigkeiten ermittelt werden: Die Schmierfilmwirkungen auf der Grundlage der hydrodynamischen Schmierungstheorie und die Steifigkeit der Strukturen nach der linearen Elastizitaetstheorie mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM).
Analyse der Betriebsbedingten Beanspruchung von thermisch und mechanisch hochbeanspruchten Komponenten sowie Untersuchung und Modellierung des Werkstoff- und Bauteilverhaltens unter komplexer thermisch mechanischer Beanspruchung.
In einem BMBF-Vorhaben unter Federfuehrung der Daimler-Benz AG konnte gezeigt werden, dass die mit Carbon-Kolben ausgestatteten Motoren im Vergleich zu Serienmotoren 30 Prozent weniger Kohlenmonoxid (CO), 20 Prozent weniger Kohlenwasserstoff (HC) und 3 Prozent weniger Stickoxide (NOx) ausstossen. Die Verbesserungen wurden nur auf Grund der Substitution von kommerziellen Serienkolben durch Carbon-Kolben ermoeglicht. Gegenstand dieses Projektes ist die Entwicklung eines entsprechenden Kolbendesigns, um eine weitere Verminderung der Schadstoffemission und insbesondere des Ausstosses von unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu erzielen. Die ermittelten Werkstoffdaten sind dabei Grundlage fuer eine an die typischen Werkstoffeigenschaften angepasste Bauteilkonstruktion und somit die Voraussetzung fuer die Entwicklung eines optimierten Designs fuer Carbonkolben, um die Schadstoffemissionen weiter zu reduzieren.
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| Bund | 8 |
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| Förderprogramm | 8 |
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