Ein Mittelwertmodell zur Thermomanagementoptimierung von Verbrennungsmotoren

An die Entwicklung moderner Kraftfahrzeugkühlsysteme werden immer höhere Ansprüche gestellt. Von großer Bedeutung sind dabei die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit des CO2-Ausstoßes sowie die gleichzeitige Verbesserung des Innenraumkomforts bei modernen verbrauchsoptimierten Motoren. Im Hinblick auf den komplexen Warmlaufprozess besteht das Entwicklungsziel u. a. darin, die Wärme- und Stoffströme so zu steuern, dass die Anforderungen an Kraftstoffökonomie, Abgasqualität und Heizkomfort erfüllt werden. Das entwickelte Modell, das die innermotorischen Vorgänge vereinfacht darstellt und den Motor mit der entsprechenden Außenwirkung im Fahrzeug beschreibt, dient u. a. als Auslegungs- und Optimierungswerkzeug für Kühlsysteme. Es berücksichtigt alle relevanten motorischen Wärmequellen und -senken inkl. der Motorraumdurchströmung und kann auch alle fahrzeugseitigen Komponenten, die einen Einfluss auf das Betriebsverhalten haben, wie z. B. Wärmespeicher, abbilden. Für den Auslegungs- bzw. Optimierungsprozess ist es notwendig, das Gesamtfahrzeug in den Fokus zu rücken, weil nur so die komplexen Wechselwirkungen beschrieben und entsprechend optimiert werden können. Dieses Modell lässt sich schon in einer sehr frühen Phase der Fahrzeugentwicklung zur Optimierung des Thermomanagements einsetzen, bevor Hardware oder umfangreiche Versuchsdaten verfügbar sind. Es lassen sich beliebige Motorbetriebspunkte sowie instationäre Fahrzustände des Fahrzeugs, wie z. B. Geschwindigkeits- und Lastwechsel, hinsichtlich der thermodynamischen Vorgänge beschreiben. Inhalt: – Mittelwertmodell eines Verbrennungsmotors – Otto- und Dieselmotor – Wärmeströme und Energiebilanzen – Kraftstoffeinsparpotenziale – Energetische Optimierung – Wandwärmeverluste – Innere und äußere Wärmebilanz – Modellbildung und Simulation – Abgasturboaufladung – thermisches Netz eines Verbrennungsmotors