Phänomenologische Modellierung der dieselmotorischen Kohlenwasserstoff- und Kohlenstoffmonoxidemissionen

Abstract

Strengere Vorgaben hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs sowie niedrigere Emissionsgrenzwerte seitens des Gesetzgebers rücken die Bedeutung der unverbrannten Kohlenwasserstoff- (HC) und Kohlenstoffmonoxid-Emissionen (CO) in den Fokus der Entwicklungstätigkeiten bei Dieselmotoren. Diese Emissionen spielen aus zweierlei Hinsicht eine bedeutende Rolle. Zum einen ist die quantitative Kenntnis der Rohemissionen für die Abgasnachbehandlung und somit auch für Emissionsvorhersagen essenziell. Zum anderen sind diese Emissionen für die Vorhersage des Umsetzungsgrades und somit auch für Verbrauchsvorhersagen relevant, da in den HC- und CO-Molekülen ein Teil der im Kraftstoff gebundenen chemischen Energie ungenutzt bleibt. Aus diesem Grund wurde ein Simulationsmodell zur Vorhersage der HC- und CO-Rohemissionen bei Dieselmotoren entwickelt, welches auf einem phänomenologischen zweizonigen Modellansatz aufbaut. Das HC-Modell berücksichtigt drei Quellen, die für die Emissionsentstehung hauptverantwortlich sind: HC durch Injektortröpfeln, durch Ausmagerung und durch Wandeffekte. Im CO-Modell werden ebenso drei, für die Emissionsentstehung hauptverantwortliche, Quellen modelliert: CO durch unterstöchiometrische Bereiche, durch Ausmagerung und durch Wandeffekte. Das HC/CO-Modell wurde anhand von zwei unterschiedlichen Dieselmotoren, welche auf dem OM642 und dem OM646 basieren, abgestimmt und validiert. Die HC- und CO-Messergebnisse konnten mit dem Simulationsmodell gut wiedergegeben werden. Durch einen Vergleich hinsichtlich des Bestimmtheitsmaßes des HC/CO-Modells mit Ergebnissen eines Stickoxid/Ruß-Modells wird die Qualität des Modells bestätigt. Mittels Anwendung des Modells an einem virtuellen Versuchsträger wird gezeigt, wie das Modell im Motorentwicklungsprozess frühzeitig helfen kann, die Menge an HC- und CO-Emissionen sowie deren Ursache zu detektieren.