Studentische Abschlussarbeiten

Im Zuge der Weiterentwicklung der Verbrennungsmotoren wächst mit den Emissionsrichtlinien und der Konkurrenz durch alternative Antriebe der Bedarf nach neuen Technologien für hocheffiziente Benzin- und Dieselmotoren. Insbesondere bei hubraumreduzierten Downsizing-Motoren kommt dabei dem Entwicklungsfeld der Aufladung eine große Bedeutung zu. Die Schwächen der Abgasturboaufladung, wie sie beim modernen Dieselmotor Stand der Technik ist, liegen auch mit variabler Turbinengeometrie im Ansprechverhalten bei niedrigen Motordrehzahlen. Konzepte wie ein elektrisch angetriebener Zusatzverdichter sollen zukünftig besseres Ansprechverhalten und höheres Low-End-Torque gewährleisten. Zur Untersuchung des Potentials eines E-Boosters an einem abgasturboaufgeladenen Dieselmotor wird in dieser Arbeit eine Strategie zur Ansteuerung des E-Boosters entwickelt und in einem Funktionsrahmen realisiert. Das Ansteuerkonzept basiert auf der Boostanforderung gemäß der Ladedruckregeldifferenz bei einer Lastanforderung. Die Solldrehzahl des Boosters wird kontinuierlich anhand des notwendigen Zusatzdruckverhältnisses über das Verdichterkennfeld des E-Boosters ermittelt. In Verbindung mit einer darauf angepassten Ladedruckregelung könnte so das optimale Zusammenspiel von E-Booster und Turbolader mit minimalem Energiebedarf ermöglicht werden. Das Potential des Boosters bezüglich Drehmoment- und Ladedruckaufbau kann anhand einer eindrucksvollen Verbesserung des Ansprechverhaltens und Fahrgefühls nachgewiesen werden. Zudem werden mit einer umfangreichen Energiemanagementfunktion die Integration in das Fahrzeugbordnetz untersucht und verschiedene Strategien des Energiemanagements betrachtet. Dabei wird ein Hochleistungskondensator (Ultracap) als zusätzlicher Energiespeicher sowie ein Halbleiterschalter genutzt, um das Bordnetz entkoppeln zu können.

Der fortschreitende Ausbau regenerativer Energien verursacht zunehmend Energieschwankungen im Stromnetz. Blockheizkraftwerke können dezentral, elektrische als auch thermische Energie bereitstellen und diese Schwankungen kompensieren. Für eine möglichst effiziente Kraftstoffumsetzung ist eine Optimierung der Kolbenmuldengeometrie nötig. Wird diese Optimierung ausschließlich anhand von Prüfstandsversuchen durchgeführt, fallen erhebliche Entwicklungskosten an. Dem kann eine Verbrennungssimulation über eine Vorauslegung entgegenwirken. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Zündstrahlmotor modelliert, welcher eine Rapsöl-Piloteinspritzung zur Zündung des angesaugten Biogas-Luft Gemisches verwendet. Das Modell wird mit dem 3D-CFD Paket AVL FIRE erstellt. Um die Simulationsdauer zu reduzieren, wird nur ein Teilsegment berechnet, die Ergebnisse rotiert und somit der gesamte Brennraum dargestellt. Da der Sprayaufbruch des Zündstrahls maßgeblich den Verbrennungsablauf beeinflusst, muss dieser möglichst detailgetreu abgebildet werden. Dazu wird ein Spraymodell mit Messdaten und Spraybildern kalibriert. Um Numerische- und Vernetzungseinflüsse zu erfassen, erfolgen entsprechende Variationsrechnungen. Als Referenz werden Berechnungen mit dem ECFM Verbrennungsmodell durchgeführt. Im direkten Vergleich können die Unterschiede zum mehrkomponentenfähigen ECFM-3Z Verbrennungsmodell untersucht und dessen Anwendbarkeit hinsichtlich Zündstrahlverbrennung abgeschätzt werden. Über Messungen am Motoren- und Injektorprüfstand sowie Werten aus einem validierten 1D-CFD Modell werden alle Ergebnisse abgeglichen.

Ein zentraler Ansatz bei der Reduktion von Schadstoff- und C02-Emissionen liegt in der gezielten Gewichtsreduktion des Automobils. Von daher beschäftigt sich die vorliegende Masterarbeit mit der Abkehr vom großvolumigen Zentralantriebsaggregat hin zu kompakten integrierten Corner Modulen. Derartige aktive, funktionsintegrierte Fahrwerkssysteme bieten großes Potenzial hinsichtlich Leichtbau, Minimierung der Fahrwiderstande und Verbesserung der Fahrerassistenzfunktionen. Ziel dieser Masterarbeit ist deshalb das Schaffen eines Überblicks über den derzeitigen Stand der Entwicklung von Corner Modulen und ein Konzeptvergleich bestehender Module sowie die Erarbeitung einer Vorzugskonfiguration.

Immer schärfer werdende Emissionsgrenzwerte zwingen Automobilhersteller zu stetiger Weiterentwicklung bestehender Methoden und Techniken zur Senkung von Partikelemissionen am Fahrzeug. Die Partikel der Bremsanlage können bis heute nur unzureichend oder gar nicht reduziert werden. Aus diesem Grund lag der Fokus dieser Arbeit auf der Analyse und Bewertung von Fluid-Partikel-Interaktionen im Bereich des Fahrzeugradhauses. Dazu wurden sowohl numerische Berechnungen mit ANSYS Workbench als auch Fahrversuche durchgeführt. Zur Validierung der CFD-Ergebnisse wurden zusätzlich Ergebnisse von PIV-Untersuchungen hinzugezogen. Zielstellung war ein detaillierteres Verständnis zum Aufbau des Strömungsfeldes im Radhaus zu bekommen. Weiterhin wurden Ablagerungserscheinungen von Bremsstaubpartikeln im Felgenbett untersucht und bewertet. Aufbauend auf einem stationären Simulationsansatz wurden transiente Berechnungen durchgeführt. Neben dem Vergleich von stationärem und transientem Ansatz erfolgte eine Gegenüberstellung der numerischen und experimentellen Ergebnisse.

Turbolader als Zusatzaggregate zur Effizienzsteigerung in Fahrzeugen, sind wichtige Maschinen zur Leistungsoptimierung. Diese Arbeit befasst sich mit dem Heißgasbereich eines Turboladers. Ziel ist es, eine saubere, strukturierte Vernetzung der vorliegenden Geometrien zu erreichen und ein lauffähiges Modell zur Strömungssimulation zu generieren. Dafür ist es ebenso notwendig einen tieferen Einblick in das Vernetzungsprogramm ICEM zu gewähren und zu beschreiben, wie verschiedene Netzstrukturen erzeugt und verwendet werden. Das erzeugte CFD Modell wurde anschließend mit Prüfstandsdaten abgeglichen um seinen Realitätsbezug zu evaluieren.