Aufgabenstellung:

Das Verhalten realer Systeme kann auf unterschiedliche Art und Weise modelliert werden. Neben den „klassischen“ Methoden, welche einen Vorgang unter anderem mit physikalisch-phänomenologischen Ansätzen beschreiben, sind in den letzten Jahren vermehrt die datenbasierten Modelle in den Vordergrund gerückt. Mit Hilfe verschiedener Machine Learning Algorithmen (shallow learning/deep learning), können bei einer ausreichenden Datengrundlage sehr gute Ergebnisse in kurzer Zeit erzielt werden. Eine Herausforderung dabei ist jedoch, dass mit der Komplexität der Prozesse auch die notwendige Datentiefe steigt und damit auch der Messaufwand, um diese zu erreichen. Zusätzlich ist die Gültigkeit der datenbasierten Modelle an die vorherrschenden Bedingungen bei den Messungen (Temperatur, Druck,…) geknüpft, wohingegen physikalisch-phänomenologische Modelle in einem gewissen Rahmen darauf reagieren können und weiterhin ein aussagekräftiges Ergebnis liefern.

Ziel dieser Literaturrecherche ist es, den aktuellen Stand der Forschung bezüglich einer Kombination von physikalisch-phänomenologischen und datenbasierten Modellen auszuarbeiten. Von besonderem Interesse sind dabei sogenannte Grey-Box-Modelle und PINN (physikinformierte neuronale Netze), in erster Linie im Bereich der Antriebstechnik. Die Arbeit eignet sich besonders als Studien-, Projekt- oder Bachelorarbeit, bei Interesse ist nach erfolgreichem Abschluss auch eine konkrete Anwendung (Modellierung) im Rahmen einer Master-/Diplomarbeit möglich.

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Aufgabenstellung:

Simulationen spielen eine zunehmend bedeutende Rolle in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren. Insbesondere die 1D-Simulation hat sich als leistungsfähiges Werkzeug etabliert, um Optimierungspotenziale im Bereich des Ladungswechsels und der Verbrennungsparameter zu identifizieren. Durch die Anwendung dieser Simulationsmethode können gezielt Einsichten gewonnen werden, die zur Verbesserung der Motoreffizienz und -leistung führen.

Im Rahmen dieser Arbeit liegt der Fokus darauf, ein vorhandenes 3D-Modell eines variablen Ventiltriebs eines NFZ-Dual-Fuel Verbrennungsmotors in die 1D-Simulationsumgebung GT-Suite zu überführen und anschließend zu validieren.

Die Aufgabenstellung umfasst die Einarbeitung in die Funktionsweise moderner variabler Ventiltriebe (VVT) sowie die Verwendung der Simulationssoftware GT-SUITE. Die Aufgabe besteht darin ein vorhandenes 3D-Modell eines variablen Ventiltriebs eines NFZ-Dual-Fuel Verbrennungsmotors in die 1D-Simulationsumgebung GT-Suite zu überführen und anschließend zu validieren. Die eigentliche Modellierung, Simulation und abschließende Validierung des variablen Ventiltriebs erfolgt unter Verwendung von GT-Power.

Im Verlauf der Arbeit werden verschiedene Untersuchungen am Modell durchgeführt, um die Funktionalität und Leistung des variablen Ventiltriebs zu bewerten und mögliche Optimierungsmöglichkeiten aufzuzeigen.

Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, ein fundiertes Verständnis für die Simulation von variablen Ventiltrieben sowie die Anwendung der GT-Suite zu erlangen. Die gewonnenen Erkenntnisse und Simulationsergebnisse sollen einen wertvollen Beitrag zur weiteren Verbesserung des NFZ-Dual-Fuel Verbrennungsmotors leisten. Hierbei ist eine strukturierte Vorgehensweise bei der Modellierung und Auswertung der Simulationsergebnisse von besonderer Bedeutung, um belastbare Ergebnisse zu erzielen.

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Aufgabenstellung:

Die Simulation von Strömungsvorgängen in Verbrennungsmotoren mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) hat sich als leistungsstarke Methode etabliert. Dabei kommen sowohl eindimensionale (1D) als auch dreidimensionale (3D) Simulationen zum Einsatz. Im Rahmen der Suche nach umweltfreundlicheren Antriebslösungen gewinnen Dual-Fuel-Motoren zunehmend an Bedeutung. Diese Technologie ermöglicht die Verbrennung von zwei verschiedenen Kraftstoffen in einem Motor und verspricht eine effizientere Verbrennung und Reduzierung von Emissionen.

In dieser studentischen Arbeit soll der aktuelle Forschungsstand der 1D- und 3D-Simulation von Dual-Fuel-Motoren umfassend untersucht werden. Dabei liegt der Fokus sowohl auf der eindimensionalen (1D) als auch auf der dreidimensionalen (3D) Simulation der Strömungsvorgänge in Dual-Fuel-Motoren.

Die Literaturrecherche wird relevante wissenschaftliche Publikationen, Fachartikel und Forschungsarbeiten aus nationalen und internationalen Quellen einschließen. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei der Einführung in die Dual-Fuel-Technologie und die Verwendung von verschiedenen Kraftstoffkombinationen in Verbrennungsmotoren, der Bedeutung und Anwendung der 1D-Simulation für die Analyse von Dual-Fuel-Motoren sowie der Modellierungsmethoden und -ansätze speziell für Dual-Fuel-Motoren in der 3D-CFD-Simulation. Zusätzlich sollen die Genauigkeit von 1D- und 3D-Simulationsmodellen im Hinblick auf experimentelle Daten verglichen und aktuelle Forschungstrends sowie zukünftige Entwicklungen in der 1D- und 3D-Simulation von Dual-Fuel-Motoren aufgezeigt werden.

Die Ergebnisse der Literaturrecherche sollen in einer umfassenden schriftlichen Ausarbeitung zusammengefasst werden. Die Arbeit soll einen Überblick über den aktuellen Forschungsstand bieten, wichtige Erkenntnisse sowie offene Fragen im Bereich der 1D- und 3D-Simulation von Dual-Fuel-Motoren aufzeigen.

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Aufgabenstellung:

Die Reduzierung der mechanischen Reibverluste ist ein ständiger Treiber in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren. Ein Teil dieser Reibarbeit wird durch den Ventiltrieb, insbesondere durch die Betätigung der Ventile, verursacht. Die Betätigung kann über unterschiedliche Nocken-Nockenfolger-Paarungen erfolgen. Als Nockenfolger kommen größtenteils Tassenstößel, Kipp- oder Schlepphebel zum Einsatz. Der Kontakt zwischen Nocken und Nockenfolger ist bei der Betrachtung der mechanischen Verluste von besonderem Interesse.

Zur Untersuchung dieser Kontaktsituation soll im Rahmen dieser Arbeit ein Demonstratormodell konstruiert und aufgebaut werden. Das Modell soll eine Nockenwelle und zunächst einen Tassenstößel als Nockenfolger beinhalten. Da unterschiedliche Nocken zum Einsatz kommen sollen, steht die einfache Austauschbarkeit der Welle und der darauf befestigten Nocken im Vordergrund.

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