A belső égésű motor még mindig a mobilitási szektor legszélesebb körben használt meghajtórendszere. Ennek ellenére az általa kibocsátott részecskék egészségügyi kockázatot jelentenek az emberi testre. Szigorúan korlátozottak, mivel légúti, valamint szív- és érrendszeri megbetegedést okozhatnak. A vonatkozó határértékek a jövőben vélhetően szigorodni fognak. Ezért a következő generációs motorok tervezésének elengedhetetlen feltétele a motoron belüli releváns fizikai és kémiai jelenségek ismerete és megértése.

A Darmstadti Műszaki Egyetem Reaktív Hőfolyadék Rendszerek Szimulációjának Intézete (STFS – Institute for Simulation of reactive Thermo-Fluid Systems of the Technical University of Darmstadt) a hőfolyadék rendszerek modellezésére és szimulációjára fókuszál a mechanikai és kémiai folyamatok tervezésében. Az intézet évek óta sikeres együttműködést folytat az Ansys Germany-vel a belsőégésű motorok kutatása terén. Ez az együttműködés jelentős publikációs számot és nemzetközi elismertséget eredményezett.

Kihívások

Valós közúti forgalomban végzett mérésekkel (DRE – Real Driving Emissions) kimutatható, hogy a vezetés folyamán légkörbe jutó részecskék jelentős része bizonyos folyamatoknak tulajdonítható. Ezek a folyamatok és események a motor erősen tranziens működése közben jönnek létre és erősen befolyásolja őket a motor állapota, a jármű vezetője és a környezeti tényezők. Ahhoz, hogy a jövőben tovább csökkentsük a járművek részecske kibocsátását az előforduló kibocsátási csúcsokra kell összpontosítani.

Alkalmazott szoftverek

A vizsgálatok során Ansys CFD és Ansys ICEM CFD szoftvereket alkalmaztak.

Mérnöki megoldások

Az STFS kísérleti partnereivel együtt dolgozott egy kombinált kísérleti és numerikus megközelítés alkalmazásán ahhoz, hogy RDE releváns reszecskekibocsátó forrásokat vizsgálhasson a motor tranziens üzeme közben. A tranziens jelenség részletes peremfeltételeinek ismeretében Ansys CFX szoftvert és egy saját fejlesztésű korom modellezőt használtak a hengeren belüli 3D áramlástani szimulációk futtatásához, ezzel betekintést szerezve a mögöttes kibocsátást elősegítő hatásokról. Az újrahálózáshoz, többfázisú áramláshoz, égéshez és motor specifikus modellekhez szükséges eszközök Ansys CFX-ben kerültek megvalósításra, melyek kulcsfontosságú szerepet töltöttek be a vizsgálat során.

Előnyök

Az Ansys CFD szimulációs megközelítés a hagyományos mérési technikákon túlmenően mélyebb betekintést engedett a korszerű sorozatgyártott belsőégésű motorok folyamataiba. Az STFS többféle kiváltó okot is azonosítani tudott a megnövekedett korom részecske kibocsátást okozó tényezők közül. További szimulációs eredmények azt mutatják, hogy akár nyolcszoros kibocsátáscsökkenés is elérhető adott számú motorciklus esetén.