Innovative 3D-CFD-approach Towards Virtual Development of Internal Combustion Engines

In the engine development process, simulation and predictive programs have continuously gained in reliance. Due to the complexity of future internal combustion engines the application of simulation programs towards a reliable "virtual engine development" is a need that represents one of the greatest challenges.§Marco Chiodi presents an innovative 3D-CFD-tool, exclusively dedicated and optimized for the simulation of internal combustion engines. Thanks to improved or newly developed 3D-CFD-models for the description of engine processes, this tool ensures an efficient and reliable calculation also by using coarse 3D-CFD-meshes. Based on this approach the CPU-time can be reduced up to a factor 100 in comparison to traditional 3D-CFD-simulations. In addition an integrated and automatic "evaluation tool" establishes a comprehensive analysis of the relevant engine parameters. Due to the capability of a reliable "virtual development" of full-engines, this fast response 3D-CFD-tool makes a major contribution to the engine development process. §Südwestmetall-Förderpreis 2010In dieser Arbeit wird über die Entwicklung eines neuen 3D-CFD-Werkzeugs "QuickSim" berichtet, welches einen neuen Ansatz zur dreidimensionalen Simulation und Analyse von Verbrennungsmotoren darstellt. §Im Vergleich zu traditionellen 3D-CFD-Simulationsprogrammen, die prinzipiell entwickelt worden sind um "allgemeine" Strömungsgebiete zu untersuchen - welche nicht die komplexen physikalischen und chemischen Phänomene eines Verbrennungsmotors aufweisen -, ist QuickSim ausschließlich der Simulation von Verbrennungsmotoren (Benzin, Diesel, CNG und andere alternative Kraftstoffe) gewidmet. Dieses Tool möchte das Potential des traditionellen 3D-CFD-Ansatzes bei gleichzeitiger Minimierung bekannter Nachteile (z.B. hohe Rechenzeit, Ungenauigkeiten bei komplexen Phänomenen, oft verwirrende Darstellung der Ergebnisse, usw.) ausnutzen, so dass ein bedeutender Beitrag zur Motorenentwicklung gewährleistet werden kann. Die Besonderheiten von QuickSim sind schnelle Berechnung, Zuverlässigkeit, Benutzerfreundlichkeit, übersichtliche Ergebnisdarstellung und Kosteneffizienz. Darüberhinaus ist es das Ziel von QuickSim, eine bessere Einbindung in die bestehende Motorentwicklung zu gewährleisten, so dass ein effektiverer Vergleich sowohl mit gemessenen als auch mit Daten anderer Simulationsprogramme erreicht wird.§Einige Beispiele für die Anwendungen von QuickSim beim Entwicklungsprozess von Rennmotoren sollen das Potential dieses Ansatzes beschreiben. Besonders die Fähigkeit von QuickSim einen Vollmotor drei-dimensional zu diskretisieren und über mehrere Arbeitszyklen zuverlässig zu simulieren hat sich als entscheidender Schritt zur virtuellen Motorentwicklung erwiesen. Die Darstellung der Ergebnisse sowohl mit üblichen 3D-CFD-Bildern als auch mit Diagrammen und Tabellen aus dem Auswertungstool von QuickSim ähnelt einem Motorprüfstand mit unbegrenztem optischem Zugang.