3D-CFD-Simulation der Gemischbildung, Verbrennung und Emissionsentstehung eines Hochdruck-Gas-Diesel-Brennverfahrens

Die Arbeit behandelt die Gemischbildung, Verbrennung und Emissionsentstehung eines Hochdruck-Gas-Diesel-Brennverfahrens mittels der 3D-CFD-Simulation. Als Basis dient eine Prozesskette zur Simulation der dieselmotorischen Verbrennung, welche für die Simulation des Hochdruck-Gas-Diesel-Brennverfahrens erweitert wird. Hierbei wird die Einblasung von Erdgas unter Hochdruck in den Brennraum sowie die Zündung, Verbrennung und Rußbildung von parallel vorliegendem Diesel und Erdgas modelliert. Darüber hinaus erfolgt eine im Vergleich zum Stand der Technik detailliertere Beschreibung der Strahl-Wand-Interaktion, um die Gemischbildung nach Auftreten der Gasstrahlen auf die Brennraumwand besser abzubilden. Die entwickelte Modellkette wird durch einen Vergleich mit Einzylindermessungen thermodynamisch validiert. Darüber hinaus findet eine lokale Validierung durch Vergleich mit Aufnahmen an einem optisch zugänglichen Einzylinderaggregat statt. Es zeigt sich, dass die Zündorte sowie Zündzeitpunkte der Gasstrahlen durch die Simulation unter allen betrachteten motorischen Randbedingungen sehr gut wiedergegeben werden können. Insbesondere ist die Simulation in der Lage, den Einfluss des Abstands zwischen Dieselvoreinspritzung und Gaseinblasung auf die Zündverzugszeit abzubilden. Darüber hinaus wird die Wirkung der Zündverzugszeit auf die Intensität der Vormischverbrennung für alle betrachteten Betriebspunkte gut vorhergesagt. Mit der entwickelten und validierten Simulationsmethodik kann kann die hohe Anzahl der Freiheitsgrade bei der Entwicklung des Hochdruck-Gas-Diesel-Brennverfahrens für minimalen Verbrauch und geringste Emission in einem sehr frühen Entwicklungsstadium optimiert werden.