Modellierung der Multikomponentenverdampfung und Selbstzündung in Dieselmotoren (PDF)

Die herkömmliche Modellierung der Tropfenverdampfung basiert auf einem einzigen Tropfenmodell, das das Verhalten des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs wiedergeben soll. Da mit diesem Ansatz aufgrund der stark unterschiedlichen Strömungsbedingungen innerhalb des Einspritzstrahls schon zu Beginn der Modellierung Abbildungsschwächen der motorischen Prozessabläufe resultieren, wurde in dieser Arbeit erstmalig ein neues Verdampfungsmodell entwickelt, welches unterschiedliche Tropfenmodelle kombiniert. In Abhängigkeit des vorliegenden Strömungszustands im Einspritzstrahl wird das Tropfenmodell gewählt, das aufgrund seiner Modellierung hierfür bestmöglich geeignet ist. Im Gegensatz zu kommerziellen CFD-Codes, in denen der Kraftstoff nur von einer Komponente repräsentiert wird, wird der Kraftstoff mit der Methode der kontinuierlichen Thermodynamik über eine Vielzahl von Komponenten beschrieben. Der Kraftstoff wird somit mittels einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abgebildet, wodurch ein realistischeres Verhalten gewährleistet ist. Das Zündmodell zur Darstellung des dieselmotorischen Selbstzündungsprozesses wurde modifiziert, um die zusätzlichen Erkenntnisse von der flüssigen und gasförmigen Phase zugunsten einer realistischeren Tropfenmodellierung zu berücksichtigen. Die Modelle wurden in den dreidimensionalen CFD-Code KIVA-3V implementiert und auf ihre Funktionalität und Allgemeingültigkeit anhand von Literaturwerten und experimentell ermittelten Daten erfolgreich validiert. Dabei hat sich herausgestellt, dass die parallel implementierten Tropfenmodelle einen entscheidenden positiven Einfluss auf die realgetreue Abbildung des Verdampfungsverhalten ausüben und sich begünstigend auf die Simulation des Selbstzündungsprozess auswirken, was durch experimentelle Untersuchungen belegt wird.