CNG System Simulation
Die Auslegung von CNG betriebenen Autos mit Direkteinspritzung bedarf einer zeiteffizienten Systemsimulation. Moderne CFD Softwarepakete bieten die Möglichkeit einer sehr genauen Abbildung transienter Vorgänge in solchen Systemen, benötigen aber sehr lange Rechenzeiten, die den Entwicklungszeitraum solcher Systeme sprengen. Ziel des Projekts war die Entwicklung einer maßgeschneiderten Bauteilbibliothek in ein- bzw. zweidimensionaler Rechendomain, welche eine hohe Genauigkeit bei geringer Rechendauer bietet.
| Nutzen | Vorgehen |
|---|---|
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Schnelle Systemauslegung |
Aufbau einer Bibliothek der Systemkomponenten |
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Effizienzsteigerung und Emissionssenkung |
Validierung der Komponenten anhand analytischer Beispiele |
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Besseres Systemverständnis |
Validierung der Simulation am Prüfstand |
Kontakt
CNG Direkteinspritzsystemsimulation
Komprimiertes Erdgas (CNG) ist aufgrund mehrerer Vorteile eine vielversprechende Alternative für herkömmliche flüssige Brennstoffe. Die Verbesserung eines CNG-getriebenen Motors erfordert ein Direkteinspritzsystem. Eine zeiteffiziente Simulation des Systems ist für ein erfolgreiches Motordesign unerlässlich. In Zusammenarbeit mit der Ford Motor Company wurde ein solches Simulationsmodell am ifas entwickelt und validiert.
Die Berechnung des Direkteinspritzsystems eines Gasmotors, erfordert eine hohe zeitliche Auflösung, da die Zeitskalen der Brennstoffeinspritz- und Verbrennungsprozesse innerhalb von nur einigen Millisekunden und darunter liegen. Eine Möglichkeit solche Systeme zu simulieren bietet CFD-Software (Computational Fluid Dynamics). Die hohe Genauigkeit dieser Softwarepakete ist mit einem enormen Rechenzeitaufwand verbunden. Zum Beispiel erfordert eine vollständig transiente dreidimensionale Simulation von einer Millisekunde für eine geometrische Länge von nur wenigen Zentimetern einen Rechenaufwand von einer Woche.
Das Ziel des Projekts war somit eine Reduktion des Rechenaufwands bei gleichzeitiger Beibehaltung einer angemessenen Genauigkeit. Dies wurde durch die Anwendung, Verbesserung und Parametrisierung von eindimensionalen gasdynamischen Solvern erreicht.
Abbildung eines T-Stücks
Die unten stehende Abbildung zeigt den Druckverlauf innerhalb eines T-Stücks. Da ein T-Stück nicht eindimensional abgebildet werden kann, musste hier auf eine zweidimensionale Modellierung zurückgegriffen werden. Des Weiteren musste das zweidimensionale Rechengebiet mit dem eindimensionalen Rechengebiet gekoppelt werden.
Zur Validierung des entwickelten Modells diente die Akustiktheorie und Prüfstandvermessungen. Im unten stehenden Bild ist zur Validierung das Ergebnis eines λ/4 Resonators zu sehen.
Danksagung
Das Projekt wurde von der Ford Motor Company finanziert. Besonderer Dank für die Kooperation gilt dem Ford Research and Innovation Center Aachen.
Veröffentlichungen
| Titel | Autor(en) |
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| One dimensional unsteady model of a hydropneumatic piston accumulator based on finite volume method Beitrag zu einem Tagungsband (2020) | Kratschun, Filip (Corresponding author) Köhne, Jens Schmitz, Katharina Kloft, Peter Baum, Heiko |
| Transient simulation of a pneumatic sharp edged L-shaped pipe Buchbeitrag, Beitrag zu einem Tagungsband (2018) | Kratschun, Filipp (Corresponding author) Enking, Joscha Murrenhoff, Hubertus |
| One Dimensional Transient Pneumatic System Simulation Buchbeitrag, Beitrag zu einem Tagungsband (2017) | Kratschun, Filipp (Corresponding author) van Bebber, David Murrenhoff, Hubertus |