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T. Gotthard:
"Optimierung des Brennverfahrens eines Flex-Fuel Ein-Scheiben-Wankelmotors im Kerosinbetrieb mittels CFD-Strömungssimulation";
Supervisor: P. Hofmann, L. Flicker; Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik (IFA), 2020; final examination: 2020-07-09.

Der durch Felix Wankel entwickelte Wankel-Kreiskolbenmotor zählt neben dem Hubkolbenmotor zu den am meisten verbreiteten Verbrennungskraftmaschinen. Heute wird diese Motorenart vor allem in der Luftfahrtindustrie zum Antrieb von Klein- und Kleinstfluggeräten eingesetzt. Speziell mit den militärischen Entwicklungen von unbemannten Kleinflugzeugen (Drohnen) gewann der Wankelmotor dank seiner guten Eignung für diese Zwecke wieder deutlich an Bedeutung.
Im Zuge dieser Entwicklungen legen Forschungsprojekte wie dieses den Fokus auf den Betrieb von Wankelmotoren mit dem in der Luftfahrt gebräuchlichen Kraftstoff Kerosin. Die vorliegende Arbeit befasst sich demnach mit der Optimierung des Brennverfahrens eines Einscheiben-Wankelmotors, sodass ein bivalenter Betrieb mit AvGas und Kerosin unter möglichst hoher Leistungsausbeute und Betriebssicherheit ermöglicht wird. Die dafür notwendigen Berechnungen werden unter Zuhilfenahme der 3D-CFD-Simulationssoftware CONVERGE^TM durchgeführt, wobei die Hardwarestruktur des VSC (Vienna Scientific Cluster) zur Verfügung steht. Das darin erstellte CFD-Motormodell ermöglicht es, die Verbrennungsprozesse innerhalb der drei Brennkammern simultan zu verfolgen und zu analysieren. Durch die implementierten Reaktionsmechanismen für lsooktan und Kerosin können die Verbrennungscharakteristika des jeweiligen Kraftstoffs im Detail abgebildet werden. Die Optimierung erfolgt dabei sowohl hinsichtlich des Kolbenmuldendesigns, der Anzahl und Position der Zündkerzen als auch des Zündzeitpunktes. Durch Integration einer Aufladung soll zudem die Leistungsausbeute maximiert werden. Hierzu werden unterschiedliche Aufladekonzepte untersucht und deren Eignung evaluiert. Als Herausforderung gilt dabei die geringere Klopffestigkeit von Kerosin, welche den limitierenden Faktor in Hinblick auf die Verbrennungsstabilität darstellt. Die Validierung des simulierten Motormodells erfolgt mithilfe von Untersuchungen am Motorprüfstand, welche zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Arbeit bereits vorhanden waren.