Brennverfahrensentwicklung
Thermodynamik
Effizienz eines Fahrzeugs
Die Wärmebilanzierung ist ein essentielles Werkzeug zur Bestimmung der Energieeffizienz von Fahrzeugen. Durch die ganzheitliche Betrachtung der Energiewandlungskette kann für ein Fahrzeug die dazu passende Antriebsart definiert werden. Zusätzlich können je nach Definition der Systemgrenze Potentiale verschiedener Technologien und Abstimmungsparameter aufgezeigt werden [1].
Das System Motor
Im Regelfall wird die Systemgrenze um den gesamten Motor gelegt. Dadurch werden üblicherweise folgende Energieströme erfasst: Energiegehalt des Kraftstoffs und der Luft, effektive Leistung, Wärmeabfuhr durch das Kühlwasser, Abgasenthalpie, Reaktionsenergie der unverbrannten Komponenten und Oberflächenstrahlungswärme. Zusätzlich können einzelne Komponenten wie z.B. der Ladeluftkühler oder Abgasturbolader bilanziert werden, um z.B. deren Energieeintrag in das Kühlwasser zu berechnen [1]. Die zur Berechnung notwendigen Daten, werden über zusätzliche Messstellen zur Temperatur- und Volumenstrombestimmung gewonnen. Ca. 90% der Verbrennungsenergie entfällt in etwa zu gleichen Teilen auf mechanische Leistung, Kühlmittel- und Abgaswärmestrom. Über ein eigens entwickeltes Programm können diese Wärmeströme für stationäre Motorbetriebspunkte ermittelt werden.
Applikation der Messtechnik
Neben der notwendigen Zusatzmesstechnik zur Wärmebilanzierung, verfügt MOT über das Knowhow Bauteiltemperaturen (Zylinderwand, Brennraumdach, Einlass- bzw. Auslasskanalflansch, Ventilführung, Ventilsitzring) via Thermoelementen zu erfassen. Dazu werden Thermoelemente mit einem Durchmesser von bis zu 0,5 mm appliziert. Mit Hilfe dieser Messdaten können Simulationsmodelle konfiguriert werden, die das Wärmestromverhalten im Motorblock auflösen bzw. die Bestimmung der Wandwärmeübergangskoeffizienten zur Modellvalidierung nutzen.
Referenzen:
[1] Zulehner, W.: Wärmeeintrag im Ottomotor : Beschreibung der Motorreibung bei tiefen Temperaturen und energetische Analyse des Einflusses von Betriebsparametern sowie Zylinderabschaltung. Berlin : Logos Berlin, 2013 (Forschungsberichte aus dem Institut für Kolbenmaschinen 8/2013). – ISBN: 3832536108