CD-Labor für Thermodynamik der Kolbenmaschinen

Die Funktion von Kolbenmaschinen auf Basis der Thermodynamik zu analysieren und zu modellieren, steht im Zentrum der Forschungstätigkeit. Dabei werden ganz besonders Kolbenkompressoren und Zweitaktmotoren untersucht.

Die verfügbaren Simulationsmethoden und Analyseverfahren für Kompressoren und Zweitaktmotoren entsprechen nicht immer den heutigen Anforderungen. Gearbeitet wird an einer Optimierung bzw. Neuentwicklung dieser Technologien mittels der angewandten Thermodynamik, speziell werden dabei Kältemittelkompressoren für Kühlschränke und schnell laufende Zweitaktmotoren berücksichtigt. Beide werden weltweit in hohen Stückzahlen produziert und schon eine geringe Optimierung ihrer Leistungen wird große Energieeinsparungen ermöglichen.

Es wird eine sowohl qualitativ als auch quantitativ hochwertige Darstellung der Arbeitsprozesse dieser Kolbenmaschinen entwickelt, die eine Optimierung ihrer Leistungen erlaubt. Zusätzlich werden auch verbesserte Methoden für die Beschreibung des Ladungswechsels erforscht, also das Austauschen der Verbrennungsgase im Zylinder. In beiden Kolbenmaschinentypen erzeugen die mit dem Ladungswechsel verbundenen Strömungen starke Druckschwankungen, die in der Folge den Wirkungsgrad der Motoren reduzieren.

Aufgrund des Fehlens guter Simulationsmethoden und Analyseverfahren zur Beschreibung dieser Vorgänge werden numerische Methoden an neue und verbesserte Modellansätze angepasst. Dazu werden sogenannte 0 D-, 1 D- und 3 D-Methoden weiterentwickelt und – wo notwendig – auch miteinander kombiniert. Bei der 0 D-Simulation werden keine räumlichen, sondern nur zeitliche Änderungen berücksichtigt. Sie erlaubt es, neben dem thermischen Verhalten eines Kolbenmotors auch das Verhalten des Antriebsstranges und der Kraftstoffführung sowie des Abgassystems zu beschreiben. Bei der 1 D-Simulation werden Änderungen in einer Raumrichtung betrachtet und es wird die Wasser-, Öl- und Luftseite der Motorfunktion beschrieben. Mit Änderungen in allen drei Raumrichtungen (3 D) werden Kühler- und Motorraumdurchströmungen beschrieben.

Insgesamt wird durch die Weiterentwicklung und Kombination dieser Methoden auf Basis der Thermodynamik eine Verbesserung des Motordesigns und der Motorherstellung möglich.