Eines der Hauptziele in der Entwicklung zukunftsfähiger Antriebssysteme ist die Reduktion der emittierten Schadstoffe. Neben der Nutzung alternativer, nachhaltiger Kraftstoffe wie HVO oder Wasserstoff kommen dafür viele Ansätze in Frage. Zur Reduktion der emittierten Stickoxide, besteht die Möglichkeit eine Wassereinspritzung am Verbrennungsmotor zu integrieren. Ein möglicher Ansatz eines retrofitfähigen Systems ist die Integration eines Wasserinjektors in das Saugrohr. 

Am Lehrstuhl für Antriebe in der Fahrzeugtechnik wurde ein solches System bereits experimentell am Motorenprüfstand untersucht, als Ergänzung soll dieses System innerhalb einer CFD-Simulation analysiert werden, um eventuelles Verbesserungspotential zu erkennen und zu nutzen.

Im Rahmen einer studentischen Arbeit soll mit Hilfe von vorhandenen Geometrie- und Messdaten eine CFD-Simulation eines Wasserinjektors erfolgen. Ziel dabei ist es den Tröpfchenzerfall und die Wassereinspritzmenge bei verschiedenen Randbedingungen zu ermitteln und anschließend an einem Strömungsprüfstand zu validieren.

Umfang und Dauer der Aufgabe werden nach Art der angestrebten Arbeit und Qualifikation gemeinsam mit dem Bewerber festgelegt.

Voraussetzungen:

• Studium der Fachrichtungen Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Mechatronik oder (Techno-) Physik
• hohe Selbstständigkeit und Eigenmotivation
• Interesse an wissenschaftlicher Arbeitsweise und fahrzeugtechnischen Fragestellungen
• Handwerkliches Geschick
• Gute Deutsch- und Englischkenntnisse

Ansprechpartner:

Bachelor- oder Projektarbeit

Thema:Entwurf und Konstruktion eines Bombenkalorimeters zur Heizwertbestimmung von flüssigen Kraftstoffen

Beschreibung:
Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Bombenkalorimeter entworfen und konstruiert werden, das zur Bestimmung des Heizwerts flüssiger Kraftstoffe dient. Ziel ist es, ein robustes, kosteneffizientes und experimentell nutzbares Gerät zu entwickeln, das grundlegende kalorimetrische Prinzipien erfüllt und sich für den Einsatz im Labor eignet.

Aufgabenstellung:

• Einarbeitung in die Grundlagen der Kalorimetrie und Heizwertbestimmung
• Analyse bestehender Bombenkalorimeter und Ableitung relevanter Konstruktionskriterien
• Entwurf (CAD) und Auslegung eines eigenen Kalorimeters
• Auswahl geeigneter Materialien und Sensorik
• Erstellung eines Versuchs- und Messkonzepts
• Bau eines Prototyps und erste Testmessungen

Voraussetzungen:

Interesse an experimenteller Arbeit und Konstruktion

Grundkenntnisse in Thermodynamik sowie CAD-Konstruktion wünschenswert

Betreuung:
M. Sc. Sebastian Mayer

44-571

sebastian.mayer@mv.rptu.de 

Zeitraum:
Ab sofort oder nach Absprache

Eines der Hauptziele in der Entwicklung zukunftsfähiger Antriebssysteme ist die Reduktion der emittierten Schadstoffe. Neben der Nutzung alternativer, nachhaltiger Kraftstoffe wie HVO oder Wasserstoff können auch von der Art des Kraftstoffs unabhängige Ansätze zur Anwendung kommen. Zur Reduktion der Stickoxidemissionen können Verbrennungsmotoren um eine sog. Wassereinspritzung ergänzt werden. Die Einbringung des Wassers kann dabei im Saugrohr oder auch direkt im Zylinder erfolgen. 

Am Lehrstuhl für Antriebe in der Fahrzeugtechnik wurde bereits ein solches System, sowohl für Wasserstoff als auch für HVO bzw. Dieselkraftstoff (EN 590), experimentell am Motorenprüfstand untersucht. Gegenwärtig erfolgt die Ergänzung der experimentellen Untersuchungen um simulative Ansätze. 

Im Rahmen einer studentischen Arbeit soll durch eine Literaturrecherche analysiert werden, welchen Einfluss ein erhöhter Wassergehalt in der Frischladung auf die Verbrennung verschiedener Kraftstoffe hat und wie dies simulativ abgebildet werden kann. Zudem sollen Ansätze erarbeitet werden, wie die bereits verfügbaren Simulationsmodelle modifiziert werden können, um noch genauere Rechenergebnisse zu erhalten.

Umfang und Dauer der Aufgabe werden nach Art der angestrebten Arbeit und Qualifikation gemeinsam mit dem Bewerber festgelegt.

Voraussetzungen:

• Studium der Fachrichtungen Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Mechatronik oder (Techno-) Physik
• hohe Selbstständigkeit und Eigenmotivation
• Interesse an wissenschaftlicher Arbeitsweise und fahrzeugtechnischen Fragestellungen
• Grundlegendes Wissen zu Verbrennungsprozessen
• Kenntnisse in Simulation sowie Reaktionskinetik von Vorteil, aber nicht zwingend notwendig
• Gute Deutsch- und Englischkenntnisse

Ansprechpartner:

Ausschreibung Bachelor-/Studien-/Projekt-/Master-/Diplomarbeit
CFD-Simulation des Spülvorgangs einer passiv gespülten Vorkammerzündkerze in einem H₂-Verbrennungsmotor
 

Die Entwicklung emissionsarmer und gleichzeitig effizienter Antriebskonzepte ist ein zentrales Ziel der aktuellen Motorenforschung. Wasserstoff (H₂) als Kraftstoff bietet dabei das Potenzial zu nahezu CO₂-freiem Betrieb – gleichzeitig stellen sich jedoch neue Herausforderungen in Bezug auf Verbrennungsstabilität, Klopffestigkeit sowie insbesondere die Bildung von Stickoxiden (NOₓ). 

Ein vielversprechender Ansatz zur NOₓ-Reduktion und weiteren Abmagerung bei gleichzeitiger Erhaltung der Zündstabilität ist der Einsatz passiv gespülter Vorkammerzündsysteme. Durch den Einsatz einer solchen Vorkammerzündkerze kann eine stabile Zündung auch bei sehr magerem Gemisch ermöglicht werden. Die Effektivität des Systems hängt jedoch wesentlich von der gezielten Spülung der Vorkammer während des Ladungswechsels ab.

Am Lehrstuhl für Antriebe in der Fahrzeugtechnik (LAF) liegt bereits ein CAD-Modell einer Vorkammerzündkerze sowie ein CAD-Modell eines wasserstoffbetriebenen Brennraums mit realistischen Randbedingungen vor.

Im Rahmen einer studentischen Arbeit sollen folgende Teilaufgaben bearbeitet werden:

• Einbindung einer Vorkammerzündkerzengeometrie in ein bestehendes CAD-Modell eines Brennraums
• Vorbereitung und Durchführung einer 3D-CFD-Simulation zur Analyse des Spülvorgangs in der Vorkammer während des Ladungswechsels
• Untersuchung des Einflusses verschiedener Betriebsbedingungen (z. B. Drehzahl, Druckniveau, Luftverhältnis) auf die Spüleffizienz
• Analyse der Verdrängung von Restgasen, Frischgaseintrag und lokaler Luftverhältnisse innerhalb der Vorkammer
• Gegebenenfalls Ableitung von Optimierungspotenzialen zur Sicherstellung eines zündfähigen Gemischs bei minimaler NOₓ-Bildung
• Umfang und Dauer der Aufgabe werden nach Art der angestrebten Arbeit und Qualifikation gemeinsam mit dem Bewerber festgelegt.

Voraussetzungen:

• Studium der Fachrichtungen Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Mechatronik oder Physik
• hohe Selbstständigkeit und Eigenmotivation
• Interesse an wissenschaftlicher Arbeitsweise und fahrzeugtechnischen Fragestellungen
• Grundlegendes Wissen zu Verbrennungsprozessen
• Erste Kenntnisse in CFD-Simulation von Vorteil
• Gute Deutsch- und Englischkenntnisse

Bewerbungen oder Fragen an:
M. Sc. Anton Elfner
Raum: 44-566
anton.elfner(at)mv.rptu.de

M. Sc. Sebastian Mayer
Raum: 44-561
sebastian.mayer(at)mv.rptu.de