- Startseite
- Kompetenzen
- Energieeffizienz
- Energiebilanzen
Energiebilanzen
Verbrennungsmotoren im Straßenverkehr setzen nur ca. 30-40 % der über den Kraftstoff zugeführten Energie in mechanische Arbeit um. Der Rest muss als Wärmeenergie über Abgas, Kühlwasser oder Konvektion an den Oberflächen abgeführt werden. Hierbei entstehen unterschiedliche Temperaturzonen im Motor, zwischen denen das Motoröl noch als weiteres Wärmetransportmittel agiert.
Die exakte Erfassung der Wärmeströme über die Medien Öl, Wasser und Luft ist eine Herausforderung an die Messtechnik. Durch optimierte Messaufbauten und Prozessabläufe erreichen wir am FKFS höchste Präzision und Wiederholgenauigkeit in der Wärmebilanzierung von Verbrennungsmotoren.
Wärmebilanzierung
Für die Wärmebilanzmessung am Verbrennungsmotor werden die Temperatur des Kühlmittels an der Systemgrenze Motor bei Ein- und Austritt sowie der Massenstrom erfasst. Ebenso wird mit dem Motoröl verfahren. Beide Flüssigkeiten werden konditioniert und können somit in jedem Betriebspunkt beliebig variiert werden. Die Bestimmung des Wärmestromes der beiden Medien erfordert eine über das übliche Maß hinausgehende Genauigkeit der Messung, für die Temperaturbestimmung werden deshalb speziell entwickelte Messvorrichtungen eingesetzt. Zur vollständigen Bilanzierung werden der Kraftstoffverbrauch, die Abgaswärme, die effektive Leistung sowie die Konvektion ermittelt.
Die aus stationären Lastpunkten entstehenden Kennfelder mit Variationen der Kühlmittel- bzw. Öltemperatur sind Grundlage für die Auslegung von Kühlsystemen in denen der Motor verbaut werden soll, sowie für die Simulation von beliebigen, auch extremen Fahrzuständen.
In Kombination mit der Motorprozessrechnung und der eindimensionalen Strömungsberechnung können am FKFS Modelle erstellt werden, die das Thermosystem des Motors vollständig beschreiben. Damit ist die Wärmebilanzmessung ein wichtiges Werkzeug zur Verbesserung des Thermomanagements, der Reibungsminimierung und zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs.
Kontakt
Tel.: +49 711 685-68091
Tief-Temperatur-Kaltstart- und Warmlaufuntersuchung
Eine schwierige Situation bezüglich der Emissionen, aber auch der Wärmeverfügbarkeit des Fahrgastraums stellen der Kaltstart und der Warmlauf aus tiefen negativen Temperaturen dar.
Das FKFS hat zur Vermessung und Optimierung dieser Betriebszustände einen Motorprüfstand mit einer Kältebox ausgestattet. Der Prüfling kann auf eine Ausgangstemperatur von bis zu -23 °C konditioniert werden. Eine dynamische Leistungsbremse erlaubt die Simulation von beliebigen Start-, Anfahr- und Fahrprofilen. Während Ansaugluft und Raumluft auf den gewünschten Umgebungsbedingungen gehalten werden, wird aus dem Kühlwasser über den Heizungswärmetauscher nur so viel Wärme entzogen, dass eine vorgegebene realistische Motorerwärmung stattfindet.
Ziele dieser Methode sind die Entwicklung von Warmlaufstrategien und die Optimierung von Sicherheit und Komfort bei zunehmend effektiveren Motoren.
Kontakt
Tel.: +49 711 685-68091
Thermische Modellierung
Der Verbrennungsmotor ist einerseits die wichtigste Wärmequelle im Kühlkreislauf eines konventionellen Fahrzeugs, auf der anderen Seite reagiert er über Verbrauch, Stickoxid-Emissionen oder Klopfneigung deutlich auf Modifikationen des Kühlsystems. Entsprechend sollte er in Modellen hinreichend genau abgebildet werden. Basis hierfür können Wärmebilanzmessungen am Motorprüfstand oder vorliegende Versuchsträger aus unserem virtuellen Motorenbaukasten sein.
Die inneren Wärmeströme zwischen Gas, Struktur, Wasser und Öl müssen exakt integriert und kalibriert werden, um zu guten Vorhersage-Eigenschaften zu gelangen. Ein gut gestaltetes Messprogramm zur Separierung der Wirkmechanismen ist hier ebenso hilfreich wie unsere Methodik zur Modellabstimmung.
Mit einem abgestimmten Modell des Rumpfmotors lassen sich dann in hoher Güte die Rückwirkungen des Kühlkreislaufs auf den Motor abbilden. Auf der anderen Seite lässt sich auch die Applikation des Motors ändern, beispielsweise können AGR-Strategien bewertet oder Spitzendruck bzw. Verdichtungsverhältnis angehoben werden. Ebenso sind konstruktive Änderungen prädiktiv möglich, wie das Hinzufügen eines integrierten Abgaskrümmers. Oder es kann das Aufheizen des Rumpfmotors bei einem Kaltstart ab -20°C betrachtet werden.
Kontakt
Dr.-Ing. Michael Grill
Tel.: +49 711 685-65611