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Open Access
Simulation der ottomotorischen Zyklenschwankungen
(2013) Wenig, Markus; Bargende, Michael (Prof. Dr.)
In dieser Arbeit wird ein phänomenologisches Zyklenschwankungsmodell zur Wiedergabe der ottomotorischen Zyklenschwankungen vorgestellt. Die Untersuchungen ergaben zwei Haupteinflussfaktoren auf die Zyklenschwankungen, zum einen den Grad der Ladungsverdünnung und zum anderen die Lage der Verbrennung, in Abhängigkeit derer sich die stochastischen Schwankungen der Verbrennung unterschiedlich stark auswirken. Für die simulative Darstellung der Zyklenschwankungen waren zwei Parametervariationen (SF- und EP-Variation) notwendig, um die Schwankungen der Verdünnung bzw. der Gemischzusammensetzung an der Zündkerze und die Schwankungen des Entflammungsphase wiederzugeben. Zur motorspezifischen Modellanpassung der SF- und EPVariation müssen in erster Linie drei Modellparameter abgestimmt werden. Da der Einfluss beider Variationen allerdings mit unterschiedlichen Phänomenen einhergeht und sich diese meist auch über unterschiedliche Kennfeldbereiche erstrecken, können SF- und EP-Variation getrennt voneinander abgestimmt werden. Für die Berechnung der Zyklenschwankungen sind 15 Variationsrechnungen (5 SF-Rechnungen, 3 EP-Rechnungen) notwendig, was auf einem aktuellen Desktop-PC einer durchschnittlichen Rechendauer von etwa 2 bis 8 Sekunden pro Betriebspunkt entspricht. Die Modellentwicklung fand anhand von vier Versuchsträgern statt, welche durch die Vielfalt ihrer Messdatenbereiche (Teillast/Volllast, komplettes Kennfeld) und Betriebskonzepte (Magerbetrieb, hochaufgeladener Downsizingbetrieb, interne AGR, Ventilhub- und Steuerzeitenvariationen) eine äußerst umfangreiche Ausgangsbasis boten – insgesamt standen somit mehr als 1300 Betriebspunkte zur Verfügung. Die Belastbarkeit des Modells wurde anschließend durch Validierungsrechnungen an drei weiteren Versuchsträgern belegt, deren Messdaten nicht in die Modellentwicklung mit einflossen. Im Weiteren sollte der Einfluss des Informationsgewinns aus der Zyklenschwankungssimulation – mit anderen Worten der Einfluss von einzelarbeitsspielaufgelösten Druck- und Temperaturverläufen – auf die Vorhersagefähigkeit aktueller Klopfmodellansätze näher betrachtet werden. Für die Untersuchungen stand ein Versuchsträger mit 44 Volllastbetriebspunkten über ein Drehzahlband von 1000 bis 6000 U/min zur Verfügung. Es ergab sich allerdings für die untersuchten Klopfmodelle durch die Berücksichtigung der Zyklenschwankungen keine Verbesserung der Simulationsgenauigkeit.