Verbrennungssimulation

Softwaretool sagt Größe von Rußpartikeln exakt voraus

22.03.12 | Redakteur: Thomas Kuther

Die Ergänzung des Simulations-Tools FORTÉ um die Vorhersagefähigkeit soll Ingenieure bei der Lösung komplexer Probleme bei der Motorentwicklung unterstützen
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Die Ergänzung des Simulations-Tools FORTÉ um die Vorhersagefähigkeit soll Ingenieure bei der Lösung komplexer Probleme bei der Motorentwicklung unterstützen

Reaction Design ergänzt seine Verbrennungssimulations-Software FORTÉ zur realistischen 3D-Modellierung von Brennstoffeffekten in Verbrennungsmotoren um die Möglichkeit, sowohl die Verteilung der Rußpartikelgröße als auch die Emissionen von Feinstaub genau zu simulieren.

Die Ergänzung des Simulations-Tools FORTÉ um die Vorhersagefähigkeit der Größe von Rußpartikeln soll Ingenieure bei der Lösung komplexer Probleme bei der Motorentwicklung unterstützen. Angeregt wurde die Ergänzung vom Model Fuels Consortium (MFC), einem industriegeführten Projekt zur Entwicklung von Fahrzeugen mit einer saubereren Verbrennung und einer höheren Kilometerleistung. Die Arbeit des MFC konzentriert sich auf die Bereitstellung von Software-Modellen und Tools, mit deren Hilfe Motorentwickler die Auswirkungen von Kraftstoffen auf Effizienz und Emissionen besser bestimmen können.

Neue Verordnungen regeln auch die Größenverteilung von Feinstaubpartikeln

Ellen Meeks: „Verordnungen wie Euro 6 benötigen über Grenzwerte für die Gesamtemissionen hinaus auch Vorschriften über beschränkte Größe und Anzahl der Rußpartikel. Solche Anforderungen sind für Motorentwickler eine besondere Herausforderungen.“
Ellen Meeks: „Verordnungen wie Euro 6 benötigen über Grenzwerte für die Gesamtemissionen hinaus auch Vorschriften über beschränkte Größe und Anzahl der Rußpartikel. Solche Anforderungen sind für Motorentwickler eine besondere Herausforderungen.“

„Rußbildung tritt immer dann auf, wenn Kraftstoffe nicht vollständig verbrennen. Und neueste Studien zeigen, dass Ruß mit einer Partikelgröße von weniger als 100 Nanometer besonders gesundheitsschädlich sein kann“, betont Ellen Meeks, Vice President Produktentwicklung von Reaction Design. „Im letzten Jahrzehnt befassten sich die Motorabgas-Vorschriften hauptsächlich mit einer Einschränkung des Ausstoßes von Ruß (sowie von NOx). Künftige Feinstaub-Verordnungen, zum Beispiel der Standard Euro 6 der Europäischen Union und die vom kalifornischen Air Resources Board vorgeschlagenen Luftqualitäts-Standards, benötigen über Grenzwerte für die Gesamtemissionen hinaus auch Vorschriften über beschränkte Größe und Anzahl der Rußpartikel. Derartige Anforderungen stellen für Motorentwickler besondere Herausforderungen dar.“

Mikro-Feinstaub verursacht schwere Probleme der Atemwege

Anfang dieses Jahres stellte das japanische Umweltministerium die Ergebnisse einer Untersuchung des Mikro-Feinstaubs mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 μm (PM2.5) aus dem Jahre 2010 vor. Von diesen Partikeln weiß man, dass sie Probleme der Atemwege verursachen, die in ihren Ausprägungen von Asthma bis zum Lungenkrebs reichen. Die Studie weist nach, dass an den meisten Messstellen, besonders an nahe von Hauptstraßen gelegenen, die durchschnittlichen PM2.5-Pegel den derzeitigen Standard von weniger als 15 μg/m3 überschritten.

Bernie Rosenthal: „Die Möglichkeit, die Größe von Rußpartikeln vorherzusagen und ihre Ausbreitung von der Entstehung über die Agglomeration bis zu ihrer Verminderung in einem Motor zu verfolgen, ist ein deutlicher Vorteil für Motorentwickler, die damit nicht nur Luftqualitätsvorschriften besser einhalten, sondern auch Zeit in ihrem Design-Zyklus einsparen können.“
Bernie Rosenthal: „Die Möglichkeit, die Größe von Rußpartikeln vorherzusagen und ihre Ausbreitung von der Entstehung über die Agglomeration bis zu ihrer Verminderung in einem Motor zu verfolgen, ist ein deutlicher Vorteil für Motorentwickler, die damit nicht nur Luftqualitätsvorschriften besser einhalten, sondern auch Zeit in ihrem Design-Zyklus einsparen können.“

„Das MFC und Reaction Design arbeiteten proaktiv an der Entwicklung von Lösungsmethoden für die Ruß-Modellierung, die zur Senkung dieser schädlichen Emissionen beitragen können. Wir erwarten nämlich, dass weitere Vorschriften mit zunehmend strengen Grenzwerten hinsichtlich Partikelgröße und Partikelzahl folgen werden,“ erläutert Bernie Rosenthal, Chief Executive Officer von Reaction Design. „Die Möglichkeit, die Größe von Rußpartikeln vorherzusagen und ihre Ausbreitung von der Entstehung über die Agglomeration bis zu ihrer Verminderung in einem Motor zu verfolgen, bedeutet einen wesentlichen Vorteil für Motorentwickler, die damit nicht nur Luftqualitätsvorschriften besser einhalten, sondern auch Zeit in ihrem Design-Zyklus einsparen können.“

Vorhersage mit bislang unerreichter Genauigkeit

Beim Einsatz in Verbindung mit einem genauen Rußchemie-Mechanismus, wie er beispielsweise vom MFC entwickelt wurde, bietet das FORTÉ Ruß-Modell Motorentwicklern eine physikbasierende Methode zur Vorhersage von Trends der Rußgröße und der Massenemissionen mit bislang unerreichter Genauigkeit.

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