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Patent Searching and Data


Title:
OPTIMIZATION OF A CYLINDER INTERNAL FLOW
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/052741
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a numerical method and associated device for optimizing a throughflow behavior of a flowing fluid, while generating an adjustable cylinder internal flow, utilizing a determination of a swirl intensity of the fluid flowing into a cylinder of a direct-injection four-stroke internal combustion engine when the intake valve is open, for facilitating an optimization of a throughflow behavior and of a cylinder internal flow of a fluid flowing into a reciprocating-piston internal combustion engine, and in particular for improving the quality of the optimization, wherein a numerical map of at least surfaces of the cylinder which delimit the inflowing fluid at least in the cylinder is generated and utilized, and by means of a computer model, a numerical flow simulation of the inflowing fluid when the intake valve is open is carried out taking into consideration thermodynamic boundary conditions, wherein the computer model is based on a cylindrical coordinate system in which a Z axis of the computer model coincides with a cylinder axis, and the swirl intensity is determined from the ratio of at least one tangential speed component, determined in relation to the Z axis, of the flow of the inflowing fluid during its rotation through a disk-shaped or annular volume in the cylinder to a determined second speed.

Inventors:
ADOMEIT PHILIPP (BE)
WEISE TORSTEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2007/009403
Publication Date:
May 08, 2008
Filing Date:
October 30, 2007
Export Citation:
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Assignee:
FEV MOTORENTECH GMBH (DE)
ADOMEIT PHILIPP (BE)
WEISE TORSTEN (DE)
International Classes:
F02B27/00; G01M9/08; G05B17/00; G06F17/50
Foreign References:
DE19535486C11996-12-05
Other References:
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SENECAL P K ET AL: "A methodology for engine design using multi-dimensional modelling and genetic algorithms with validation through experiments" INTERNATIONAL JOURNAL OF ENGINE RESEARCH, PROFESSIONAL ENGINEERING PUBLISHING, GB, Bd. 1, Nr. 3, 1. Januar 2000 (2000-01-01), Seiten 229-248, XP009096931 ISSN: 1468-0874
Attorney, Agent or Firm:
MAXTON LANGMAACK & PARTNER (Köln, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Numerisches Verfahren zur Optimierung eines Durchflussverhaltens eines einströmenden Fluids bei Erzeugung einer einstellbaren Zylinderinnenströmung unter Nutzung einer Ermittlung einer Drallintensität des in einen Zylinder (101 ) einer di- rekteinspritzenden, nach einem 4-Takt-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine einströmenden Fluids bei geöffnetem Einlassventil (105), wobei eine numerische Abbildung von zumindest einer oder mehreren Flächen des Zylinders erstellt und genutzt wird, die das einströmende Fluid zumindest im Zylinder begrenzen, und mittels eines Computermodells eine numerische Strömungssimulation des einströmenden Fluids bei geöffnetem Einlassventil unter Berücksichtigung thermodynamischer Randbedingungen durchgeführt wird, wobei das Computermodell ein zylindrisches Koordinatensystem zugrunde legt, bei dem eine z-Achse (115) des Computermodells mit einer Zylinderachse zusammenfällt, und die Drallintensität aus dem Verhältnis aus zumindest einer bezogen auf die z-Achse (115) ermittelten Tangentialgeschwindigkeitskomponente der Strömung des einströmenden Fluids während seiner Rotation durch ein Scheiben- oder Ringvolumen im Zylinder (101 ) zu einer ermittelten zweiten Geschwindigkeit bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Geschwindigkeit eine Axialgeschwindigkeitskomponente der Strömung ermittelt und zur Be- rechnung der Drallintensität verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Geschwindigkeit eine mittlere Kolbengeschwindigkeit in einem Brennraumvolumen an einem oberen Totpunkt eines Kolbens im Zylinder (101) ermittelt und zur Berechnung der Drallintensität verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Drallintensität ein Messorgan zur Drallbestimmung numerisch abgebildet wird und in die Berechnung mit eingeht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Einlassventil (105) numerisch abgebildet und zur Durchfüh- rung der Strömungssimulation einbezogen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennraumvolumen (102) mit einer Kolbenoberfläche numerisch abgebildet wird und in die Berechnung mit eingeht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Optimierung einer Einlasskanalströmung unter Nutzung der ermittelten Drallintensität erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Einlasskanal (109) ein höherer Fluiddruck als im Zylinder (101 ), insbesondere an einer Ausströmöffnung des Zylinders (101), vorgegeben wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fluid vor Eintritt in den Zylinder (101) eine Strömung aufgeprägt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass eine stationäre Berechung unter Nutzung eines konstanten Ventilhubs des Einlassventils (105) und unter konstanten thermodynamischen Randbedingungen erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine instationäre Berechnung unter Nutzung eines sich ändernden Ventilhubes des Einlassventils (105) und/oder sich ändernder thermodynamischer Rand- bedingungen erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Computermodell zumindest einen Korrekturwert nutzt, der anhand von Messergebnissen der Strömung ermittelbar ist, insbesondere anhand von anemo- metrischen Messungen der Strömung, insbesondere mittels eines Anemometers (113), eines Heißdrahtverfahrens und/oder Laser-Doppler-Anemometrie.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Ein- und/oder Ausströmöffnung des Zylinders (101 ) ein Hilfsvolumen numerisch abgebildet und bei der Strömungsberechnung berücksichtigt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während einer Ermittlung einer Zylinderkopfkonstruktion angewendet wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einspritzsystem numerisch spezifiziert wird und das Verfahren eine Ein- spritzung bei der Berechung der Drallintensität berücksichtigt.

16. Vorrichtung zur Optimierung eines Durchflussverhaltens eines einströmenden Fluids bei Erzeugung einer einstellbaren Zylinderinnenströmung unter Nutzung einer

Ermittlung einer Drallintensität eines in einen Zylinder (101 ) einströmenden Fluids bei geöffnetem Einlassventil (105), mit zumindest einem Zylinder (101 ) einer direkteinspritzenden, nach einem 4-Takt-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine, einem angeschlossenen Rechnersystem zur Ermittlung und Auswertung von zur Optimierung notwendigen Messdaten, zumindest einen Messaufnehmer, der im Zylinder (101 ) angeordnet ist, mittels dem zumindest eine Strömungskomponente ermittelbar ist, mit einem auf dem Rechnersystem hinterlegten Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Korrekturwertes beispielsweise für das Verfahren nach Anspruch 1 , mit einem Computersimulationsprogramm sowie einer, mit dem Rechnersystem gekoppelten Einstellbarkeit von zumindest einem Parameter des einströmenden Fluids und eines Ventilhubes des zumindest einen Einlassventils (105) des Zylinders (101).

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolbenhub eines im Zylinder (101 ) angeordneten Kolbens mit dem Rechnersystem gekoppelt einstellbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein anemometrisches Messmittel zur Messung zumindest einer bezogen auf eine Hauptachse des Zylinders (101) radialen Strömungsgeschwindigkeitskomponente im Zylinder (101) angeordnet und mit dem Rechnersystem gekoppelt ist.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das anemometrische Messmittel ein Anemometer (113), ein Heißdraht-Anemometer oder/und ein Laser-Doppler-Anemometer umfasst.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (101 ) im unteren Bereich eine Ausströmöffnung aufweist.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest ein Beschleunigungselement zur Beschleunigung des Fluids außerhalb des Zylinders (101 ) umfasst.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 21 , dadurch ge- kennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest ein Pumpelement zur Erzeugung eines Druckgradienten umfasst.

23. Datenverarbeitungssystem zur Ermittlung einer Drallintensität eines einströmenden Fluids in einen Zylinder (101) einer Verbrennungskraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15.

24. Computerprogrammprodukt, mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, zur Durchführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15 bei Ausführung des Programms auf einem Computer.

Description:

Optimierung einer Zylinderinnenströmung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Optimierung eines Durchflussverhaltens eines einströmenden Fluids bei Erzeugung einer einstellbaren Zylinderinnenströmung in einer Verbrennungskraftmaschine.

Zur Prozessoptimierung von Verbrennungsmotoren wird vielfach eine Optimierung einer Zylinderinnenströmung angestrebt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Optimierung eines Durchflussverhaltens und einer Zylinderinnenströmung eines einströmenden Fluids einer Hubkolbenverbren- nungskraftmaschine zu erleichtern und insbesondere eine Qualität der Optimierung zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 , durch eine Vorrichtung nach Anspruch 16, durch ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 23 und ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 24 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei einem vorgeschlagenen numerischen Verfahren zur Optimierung eines Durchflussverhaltens eines einströmenden Fluids bei Erzeugung einer einstellbaren Zylinderinnenströmung unter Nutzung einer Ermittlung einer Drallintensität des in einen Zylinder einer direkteinspritzenden, nach einem Viertaktprinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine einströmenden Fluids bei geöffnetem Einlassventil, wird eine numerische Abbil- düng von zumindest einer oder mehreren Flächen des Zylinders erstellt und genutzt, die das einströmende Fluid zumindest im Zylinder begrenzen, und mittels eines Computermodells eine numerische Strömungssimulation des einströmenden Fluids bei geöffnetem Einlassventil unter Berücksichtigung thermodynamischer Randbedingungen durchgeführt, wobei das Computermodell ein zylindrisches Koordinatensystem zugrundelegt, bei dem eine Z-Achse des Computermodells mit einer Zylinderachse zusammenfällt, und die Drallintensität aus dem Verhältnis aus zumindest einer bezogen auf die Z-Achse ermittelten Tangentialgeschwindigkeitskomponente der Strömung des einströmenden Fluids während seiner Rotation durch ein Scheiben- oder Ringvolumen im Zylinder zu einer ermittelten zweiten Geschwindigkeit bestimmt.

Für die numerische Abbildung wird insbesondere eine Zylinderwandfläche berücksichtigt. Des Weiteren wird vorzugsweise ein Flammdeck berücksichtigt. Bei der numerischen Abbildung berücksichtigte Flächen gehen dabei insbesondere in Form von örtlichen Rand-

BESTäTSGOMGSKOPIE

bedingungen in eine Simulation ein. Beispielsweise bilden diese Flächen Oberflächen eines Simulationsgitters. Die numerische Strömungssimulation erfolgt vorzugsweise mit Hilfe numerischer Verfahren der Strömungsmechanik. Beispielsweise wird ein Finiteele- mente-, Finitevolumen- oder Finitedifferenzenverfahren verwendet. In einer anderen Vari- ante wird beispielsweise auch ein partikelbasiertes Simulationsverfahren, vorzugsweise ein Monte-Carlo-Simulationsverfahren angewendet. Auch können diese miteinander gekoppelt werden. Die Z-Achse des Computermodells fällt insbesondere mit einer Zylinderhauptachse zusammen, die in Hubrichtung des zugehörigen Kolbens angeordnet ist. Bevorzugt wird eine Tangentialgeschwindigkeitskomponente der Strömung aus einem Scheiben- oder Ringvolumen, deren Rotationssymetrieachse parallel zur Z-Achse ausgerichtet ist, ermittelt. Weiter bevorzugt erfolgt eine Integralbildung über die entsprechenden Volumina.

Als thermodynamische Randbedingungen werden insbesondere vorzugsweise lokal auf- gelöst Oberflächentemperaturen herangezogen. Weiter bevorzugt wird eine Temperatur des Fluids bei der Simulation berücksichtigt. Des Weiteren wird insbesondere ein Einströmungsimpuls des Fluids für die Simulation herangezogen.

Besonders zweckmäßig wird als zweite Geschwindigkeit eine Axialgeschwindigkeitskom- ponente der Strömung ermittelt und zur Berechnung der Drallintensität verwendet. Vorzugsweise wird die Drallintensität als Quotient aus tangentialer Geschwindigkeitskomponente und axialer Geschwindigkeitskomponente berechnet.

In einer anderen Variante wird als zweite Geschwindigkeit eine mittlere Kolbengeschwin- digkeit in einem Brennraumvolumen an einem oberen Totpunkt eines Kolbens im Zylinder ermittelt und zur Berechnung der Drallintensität verwendet. Bevorzugt wird als zweite Geschwindigkeit eine mittlere Geschwindigkeit des Kolbens zwischen Einlassöffnungszeitpunkt und Einlassschließzeitpunkt verwendet. Besonders bevorzugt kann auch eine Einschränkung zur Ermittlung einer mittleren Geschwindigkeit auf lediglich einen Teilbereich dieses Intervalls erfolgen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei der Ermittlung der Drallintensität ein Messorgan zur Drallbestimmung numerisch abgebildet wird und in die Berechnung mit eingeht. Beispielsweise handelt es sich bei einem Messorgan um ein anemometrisches Messmittel, insbesondere ein Flügelradanemometer oder ein Heißdrahtanemometer. Besonders bevorzugt werden lediglich ortsfeste Bauteile des Messorgans in die Simulation mit einbezogen. Beispielsweise wird bei einem Flügelradanemometer lediglich eine Drehachse mit in das Simulationsmodell einbezogen.

Des Weiteren wird vorzugsweise zumindest das Einlassventil numerisch abgebildet und zur Durchführung der Strömungssimulation mit einbezogen. Weiter bevorzugt wird auch der Ventilsitz numerisch abgebildet und in die Strömungssimulation einbezogen. Beson- ders bevorzugt werden sämtliche strömungsführende Flächen von einer Einlassöffnung bis zu einer Auslassöffnung numerisch abgebildet und in die Strömungssimulation einbezogen.

In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass ein Brennraumvolumen mit einer Kolben- Oberfläche numerisch abgebildet wird und in die Berechnung mit eingeht.

Besonders vorteilhaft erfolgt eine Optimierung einer Einlasskanalströmung unter Nutzung der ermittelten Drallintensität. Beispielsweise wird anhand verschiedener Einlasskanalgeometrien jeweils eine numerische Strömungssimulation durchgeführt und eine Drallinten- sität ermittelt, wobei in einem iterativen Optimierungsverfahren eine Einlasskanalgeometrie verbessert werden kann.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass am Einlasskanal ein höherer Fluiddruck als im Zylinder, insbesondere an einer Ausströmöffnung des Zylinders, vorgegeben wird. Beispielsweise werden die entsprechenden Drücke als numerische Randbedingungen in dem numerischen Strömungssimulationsmodell vorgegeben.

In einer anderen Variante ist vorgesehen, dass dem Fluid vor Eintritt in den Zylinder eine Strömung aufgeprägt wird. Insbesondere wird als numerische Randbedingung an einer Einströmöffnung ein Impuls des Fluids in dem numerischen Simulationsmodell vorgegeben.

Für die numerische Strömungssimulation, insbesondere nach einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine stationäre Berechnung unter Nutzung eines konstanten Ventilhubs des Einlassventils und unter konstanten thermody- namischen Randbedingungen erfolgt. Weiter bevorzugt erfolgt die Berechnung jeweils für verschieden diskrete Ventilhübe. Besonders bevorzugt erfolgt die Berechnung,- insbesondere jeweils zusätzlich, für jeweils verschiedene diskrete Kolbenstellungen.

In einer weiteren Variante ist für eine numerische Strömungssimulation vorgesehen, dass eine instationäre Berechnung unter Nutzung eines sich ändernden Ventilhubes des Einlassventils und/oder sich ändernder thermodynamischer Randbedingungen erfolgt. Beispielsweise kann eine zeitaufgelöste Simulation mit variierendem Einlassventilhub

und/oder variierendem Kolbenhub erfolgen. Des Weiteren kann beispielsweise eine zeitliche Abhängigkeit einer Temperatur einer Oberfläche, insbesondere eines Temperaturprofils einer die Strömung begrenzenden Oberfläche berücksichtigt werden. Daneben wird vorzugsweise ein zeitabhängiger Ein- und/oder Auslassdruck oder ein Einströmungsim- puls berücksichtigt. Vorzugsweise wird ein entsprechender Einlasstakt einer Viertakt- verbrennungskraftmaschine mit seinen zugehörigen Ventil- und Kolbenstellungen sowie gegebenenfalls thermodynamischen Randbedingungen zeitabhängig simuliert. Insbesondere werden Druckschwingungen im Einlassbereich in eine Simulation einbezogen.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Computermodell zumindest einen Korrekturwert nutzt, der anhand von Messergebnissen der Strömung ermittelbar ist, bevorzugt anhand von anemometrischen Messungen der Strömung, besonders bevorzugt mittels eines A- nemometers, eines Heißdrahtverfahrens, Laser-Doppler-Anemometrie, eines Particle- Image-Velocimetry-Verfahrens und/oder eines Fliehkraft-Druckdifferenz-Anemometers. Ein Fliehkraft-Druckdifferenz-Anemometer ist beispielsweise in der DE 195 35 486 C1 beschrieben, auf die hiermit diesbezüglich im Rahmen der Offenbarung verwiesen wird. Damit erfolgt eine Messung einer fliehkraftbedingten Druckdifferenz mittels jeweils radial beabstandet angeordneten Messstellen, woraus eine Rotationsgeschwindigkeit der entsprechenden Strömung ermittelt werden kann. Insbesondere erfolgt damit ein Abgleich zwischen Computermodell und Messergebnis. Bevorzugt kann dieser Abgleich Unterschiede kompensieren, die beispielsweise aus einem vereinfachten numerischen Modell oder nicht vernachlässigbaren Einflüssen des Messorgans resultieren. Eine Weiterbildung sieht vor, dass über eine Kopplung des Computermodells mit einer Eingabe für Messergebnisse ein selbstlernendes System gebildet wird. Dieses kann beispielsweise eine neu- ronale Vernetzung aufweisen, so dass über die eingegebenen Messwerte das Computermodell sich beispielsweise selbst anpasst und verbessert, interpoliert wie auch extrapoliert. Hierzu können auch nach dem Fuzzy-Prinzip arbeitende Elemente eingesetzt werden.

Insbesondere für eine Verbesserung einer numerischen Stabilität des Simulationsverfahrens ist vorgesehen, dass an zumindest einer Ein- und/oder Ausströmöffnung des Zylinders ein Hilfsvolumen numerisch abgebildet und bei der Strömungsberechnung berücksichtigt wird. Des Weiteren wird vorzugsweise eine erzielbare Strömungsqualität mittels eines Hilfsvolumens oder mehrerer Hilfsvolumina verbessert.

Besonders vorteilhaft wird das Verfahren während einer Ermittlung einer Zylinderkopfkonstruktion angewendet. Insbesondere wird dabei ein zeitlicher Ablauf einer Konstruktionsphase eines Motorblockes effizient gestaltet. Beispielsweise erfolgt eine Anwendung des

Verfahrens in einer Phase, in der lediglich die Schnittstellen des Zylinderkopfes zu umgebenden Aggregaten definiert sind.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Einspritzsystem numerisch spezifiziert wird und das Verfahren eine Einspritzung bei der Berechnung der Drallintensität berücksichtigt. Insbesondere wird dabei ein Zerstäubungs- und/oder ein Gemischbildungsvorgang in die Simulation einbezogen. Weiter bevorzugt wird in diesem Zusammenhang auch eine thermodynamische Betrachtung der Vorgänge berücksichtigt.

Gemäß einem weiteren Gedanken wird eine Vorrichtung zur Optimierung eines Durchflussverhaltens eines einströmenden Fluids bei Erzeugung einer einstellbaren Zylinderinnenströmung unter Nutzung einer Ermittlung einer Drallintensität eines in einen Zylinder einströmenden Fluids bei geöffnetem Einlassventil, mit zumindest einem Zylinder einer direkteinspritzenden, nach einem Viertaktprinzip arbeitendem Verbrennungskraftmaschi- ne, einem angeschlossenen Rechnersystem zur Ermittlung und Auswertung von zur Optimierung notwendigen Messdaten, zumindest einen Messaufnehmer, der im Zylinder angeordnet ist, mittels dem zumindest eine Strömungskomponente ermittelbar ist, mit einem auf dem Rechnersystem hinterlegten Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Korrekturwertes vorzugsweise für ein oben vorgeschlagenes mit einem Computersimulations- programm beispielsweise gemäß einem wie oben vorgeschlagenen oder ähnlichem Verfahren sowie einer, mit dem Rechnersystem gekoppelten Einstellbarkeit von zumindest einem Parameter des einströmenden Fluids und eines Ventilhubes von zumindest einem Einlassventil des Zylinders vorgeschlagen. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung jeweils einen Computer und/oder Prozessor für die Messwertaufnahme und die Strömungssimula- tion. Weiter bevorzugt kann ein Abgleich einer ermittelten Strömungssimulation anhand ermittelter Messdaten mit zumindest einem Korrekturwert vorgenommen werden, wobei insbesondere zumindest ein Korrekturwert vom Messwertrechner an den Simulationsrechner übermittelt wird. Besonders bevorzugt wird eine insbesondere automatisiert ablaufende Sequenz von Mess- und Simulationszyklen durchlaufen.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Kolbenhub eines im Zylinder angeordneten Kolbens mit dem Rechnersystem gekoppelt einstellbar ist. Beispielsweise werden damit automatisiert verschiedene diskrete Kolbenstellungen eingestellt und jeweils ein Messablauf durchlaufen. Insbesondere kann auch eine dynamische Messung erfolgen, wobei beson- ders bevorzugt ein Bewegungsablauf gemäß einer Kolbenbewegung in einer Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird.

Vorzugsweise zur Ermittlung einer Drallintensität ist wenigstens ein anemometrisches Messmittel zur Messung zumindest einer bezogen auf eine Hauptachse des Zylinders radialen Strömungsgeschwindigkeitskomponente im Zylinder angeordnet mit dem Rechnersystem gekoppelt. Dazu wird beispielsweise eine Strömung in einem Volumen einer Kreisscheibe oder einem Volumen eines Ringes, deren Rotationssymmetrieachsen jeweils parallel zur Hauptachse des Zylinders angeordnet sind, betrachtet. Bevorzugt erfolgt eine Mittelwertbildung über die betrachteten Volumina, besonders bevorzugt über betrachtete Teilvolumina.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst das anemometrische Messmittel ein Anemometer, ein Heißdraht-Anemometer und/oder ein Laser-Doppler-Anemometer. Bei dem Anemometer handelt es sich beispielsweise um ein Fügelrad-Anemometer. Insbesondere ist das Flügelrad-Anemometer so ausgestaltet, dass zumindest bewegliche Teile des Flügelrad-Anemometers die Strömung nicht nennenswert beeinflussen. Falls ein Einfluss des anemometrischen Messmittels auf die Strömung ausgeschlossen werden soll, wird insbesondere das Laser-Doppler-Anemometer eingesetzt. Dieses ist vorzugsweise so angeordnet, dass als Messmittel lediglich Lasermessstrahlen in das Zylindervolumen eindringen. Dazu weist der Zylinder beispielsweise ein entsprechendes Fenster auf oder ist aus einem für den Laserstrahl transparentem Material gefertigt.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Zylinder im unteren Berech eine Ausströmöffnung aufweist. Beispielsweise ist dazu das Zylinderrohr an der Unterseite offen ausgestaltet. Insbesondere kann dabei eine stationäre Strömung im Zylinder eingestellt werden.

Zur Einstellung einer Strömung ist beispeilsweise vorgesehen, dass die Vorrichtung zumindest ein Beschleunigungselement zur Beschleunigung des Fluids außerhalb des Zylinders umfasst. Bevorzugt handelt es sich dabei um ein Gebläse. Besonders bevorzugt kann mit Hilfe des Beschleunigungselementes eine definierte Geschwindigkeit und/oder ein definierter Impuls des Fluids an einer Eintrittsöffnung eingestellt werden.

In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zumindest ein Pumpelement zur Erzeugung eines Druckgradienten umfasst. Bei dem Pumpelement handelt es sich beispielsweise um einen Verdichter und/oder eine Vakuumpumpe. Insbesondere wird damit ein Druckgradient zwischen einer Einströmöffnung und einer Aus- strömöffnung der Vorrichtung eingestellt. Der Druckgradient ist dabei bevorzugt konstant. In einer anderen Variante kann der Druckgradient jedoch auch zeitabhängig eingestellt werden, besonders bevorzugt, um einen Druckverlauf einzustellen, der einem zeitlichen

Druckverlauf in einer Verbrennungskraftmaschine während eines Einlassvorganges entspricht.

Gemäß einem weiteren Gedanken wird ein Datenverarbeitungssystem zur Ermittlung ei- ner Drallintensität eines einströmenden Fluids in einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine zur Durchführung eines Verfahrens vorzugsweise wie oben beschrieben vorgeschlagen. Das Datenverarbeitungssystem umfasst insbesondere Simulationsroutinen zur Durchführung einer Strömungssimulation. Bevorzugt umfasst das Datenverarbeitungssystem eine Datenakquisition zur Ermittlung und Auswertung von Messdaten. Weiter bevor- zugt kann das Datenverarbeitungssystem aus mehreren, insbesondere parallel arbeitenden Rechnern aufgebaut sein.

Ein weiterer vorgeschlagener Aspekt betrifft ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren beispielsweise wie oben beschrieben durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Ein computerlesbares Speichermedium ist beispielsweise ein magnetisch, optisch oder magnetooptisch lesbarer Datenträger. Des Weiteren ist ein computerlesbares Speichermedium beispielsweise ein Speicherchip. Insbesondere kann auch ein Fernspeichermedium verwendet werden, beispielsweise unter Verwendung eines Computernetzwerkes.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft im Einzelnen näher erläutert. Die aus den einzelnen Figuren hervorgehenden Merkmale sind jedoch nicht jeweils auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr sind jeweils in der Be- Schreibung einschließlich der Figurenbeschreibung und der Zeichnung angegebene

Merkmale jeweils zu Weiterbildungen miteinander kombinierbar. Auch sind die Ausgestaltungen wie auch Merkmale nicht beschränkend auszulegen, sondern sind nur als mögliche Gestaltungen zu verstehen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine anemometrische Messanordnung eines Zylinders,

Fig. 2 ein Simulationsgitter einer Zylinderanordnung und

Fig. 3 eine Mess- und Simulationsanordnung.

Fig. 1 zeigt eine anemometrische Messanordnung eines Zylinders 101. Das Brennraumvolumen 102 des Zylinders 101 wird dabei durch das Zylinderrohr 103 und das Flammdeck 104 begrenzt. Mittig im Zylinder 101 ist im Flammdeck 104 ein Einlassventil 105 mit einem Einlassventilsitz 106 angeordnet. Der Ventilschaft 107 ist dabei in einem Zylinder- köpf 108 angeordnet. Ebenfalls im Zylinderkopf 108 angeordnet ist ein Einlasskanal 109 mit einer Einströmöffnung 110. Zur Erzeugung einer Drallströmung 111 im Zylinder 101 ist der Einlasskanal 109 im Bereich des Einlassventils 105 in einem Bereich eines Drallkanals 112 gekrümmt bzw. spiralförmig um den Ventilschaft 107 geführt. Im unteren Bereich des Zylinders 101 ist ein Flügelradanemometer 113 angeordnet, dessen Anemometer- achse 114 mit einer Z-Achse 115 des Zylinders 101 zusammenfällt. Durch Anlegen einer Druckdifferenz zwischen der Einströmöffnung 110 und einer Ausströmöffnung 116, insbesondere durch Anlegen eines Druckes P 1 an der Einströmöffnung und eines kleineren Druckes P 2 an der Ausströmöffnung wird eine Drallströmung 111 erzeugt, welche das Flügelradanemometer 113 in einer Rotationsrichtung 117 antreibt. Zusätzlich zur Mes- sung der Rotationsrichtung 117 mit Hilfe des Flügelradanemometers 113 kann mit einer hier nicht gezeigten Messvorrichtung ein Massendurchsatz des Fluids durch den Zylinder 101 bestimmt werden. Diese Messanordnung ist insbesondere in Strömungsrichtung vor der Einströmöffnung 110 oder hinter der Ausströmöffnung 116 angeordnet. Somit kann eine zumindest mittlere Strömungsgeschwindigkeit in Richtung der Z-Achse 115 bestimmt werden. Aus der Drallströmung 111 wird insbesondere eine hier nicht dargestellte Tan- gentialkomponente in Bezug auf die Drehachse, welche hier die Z-Achse 115 ist, ermittelt. Aus dem Verhältnis der Tangentialgeschwindigkeitskomponente zur Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Z-Achse wird eine Drallintensität bestimmt.

Fig. 2 zeigt ein Simulationsgitter 201 einer Zylinderanordnung. Diese Zylinderanordnung eines Vierventil-Dieselmotors umfasst ein Zylindervolumen 202, einen ersten Kanal 203, einen zweiten Kanal 204 sowie ein Hilfsvolumen 205. Das Hilfsvolumen 205 dient hier insbesondere dazu, eine verbesserte Rechenstabilität zu erzielen. Die für die Strömungssimulation relevanten strömungsführenden Oberflächen sind die Oberflächen des ersten Kanals 203 und die Oberflächen des Zylindervolumens 202. Aus Symmetriegründen wird für das Simulationsgitter 201 ein an einem Zylinderkoordinatensystem orientiertes Gitter verwendet. Der erste Kanal 203 ist ein Spiralkanal. In Verbindung mit dem zweiten Kanal 204 wird eine asymmetrische Einströmung in das Zylindervolumen 202 erzeugt. Dadurch entsteht eine nicht dargestellte Drallströmung im Zylindervolumen, die der in der Fig. 1 gezeigten Drallströmung 111 ähnelt.

Fig. 3 zeigt eine Mess- und Simulationsanordnung. Diese Anordnung umfasst eine Messvorrichtung 301 sowie eine Simulationsvorrichtung 302. Die Messvorrichtung ist ausges-

tattet mit einem hier nicht dargestellten Messorgan zur Messung einer Strömung in einer Zylinderanordnung 303, wobei diese Zylinderanordnung 303 im wesentlichen der in Fig. 1 gezeigten Zylinderanordnung entspricht. Als Messwert liefert die Messvorrichtung 301 eine erste Drallintensität 304. Alternativ oder zusätzlich zur Messung erfolgt eine Strö- mungssimulation der Zylinderanordnung mit Hilfe der Simulationsvorrichtung 302. Dazu werden die mit der Zylinderanordnung 303 korrespondierenden geometrischen Koordinaten 305 in die Simulationsvorrichtung 302 eingespeist. Diese enthält einen Gittergenerator 306, der ein Simulationsgitter für die Strömungssimulation erstellt. Dieses Simulationsgitter wird einem Simulationsmodul 307 übergeben, welches eine Strömungssimulation durchführt. Ergebnis dieser Strömungssimulation ist eine zweite Drallintensität 308. Für einen Abgleich zwischen gemessener und berechneter Drallintensität kann die gemessene erste Drallintensität 304 in ein Bewertungsmodul 309 eingespeist werden. Dieses Bewertungsmodul 309 ermittelt anhand dieses Wertes und der berechneten zweiten Drallintensität 308 einen Korrekturfaktor 310, welcher wiederum in dem Simulationsmodul 307 für die Strömungssimulation berücksichtigt werden kann. Als eine Ausgangsgröße liefert die Simulationsvorrichtung 302 eine berechnete dritte Drallintensität 311 , die insbesondere den Korrekturfaktor 310 bei der Ermittlung berücksichtigt.