Entwicklung einer Methodik zur Optimierung der Gemischbildung in Ottomotoren mit Hilfe endoskopischer Lasermesstechnik und CFD Simulation

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Methodik zur Optimierung der Gemischbildung unter Verwendung folgender Werkzeuge: CFD Simulation und optische Messtechnik. Es wird gezeigt, dass das Messverfahren der laserinduzierten Fluoreszenz in endoskopischer Ausführung zielführend für die Erfassung des Luftverhältnisses in der seriennahen Motorenentwicklung ist. Dieses Verfahren wird detailliert beschrieben und die Ergebnisgröße ʎ hergeleitet. Außerdem findet eine Charakterisierung des verwendeten Tracers und eine Bewertung der Messgenauigkeit mittel thermodynamischer Prozessanalyse und CFD Simulation statt. Aufgrund der hohen Messgenauigkeit und der direkten Vergleichbarkeit der Ergebnisse mit der CFD Simulation wird das DGV-Messverfahren für die Erfassung der Strömungsfelder verwendet. Es werden Messungen anhand gemittelter ʎ-Verteilungen, Kenngrößen zur quantitativen Beschreibung der Gemischbildung und thermodynamischer Größen der Verbrennung vorgestellt. Die optischen Messungen zur Erfassung der ʎ-Verteilung sind außerdem die Basis für den Aufbau und die Validierung eines CFD Modells. Nach konventioneller Methode zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen der Simulation und der Messung. Mit Hilfe der optischen Messungen konnte die Abbildungsgüte des Modells deutlich verbessert werden.
Mit Hilfe des kalibrierten Modells wird eine Anpassung der Simulation des Kraftstoffsprays vorgenommen und damit der Gemischzustand zum Zündzeitpunkt bezüglich Homogenität und Gemischzusammensetzung am Zündort deutlich verbessert.