Experimentelle, numerische und motorische Charakterisierung der 3000 bar Dieseleinspritzung

Dissertation, 2016

von Dr.-Ing. Johann Wloka

Kurzfassung

Das Einspritzsystem am Dieselmotor stellt bis heute die mit Abstand wichtigste Kompo- nente dar, mit der man die Gemischbildung und somit das Emissionsverhalten des Motors beeinflussen kann. Die Entwicklung der Einspritzung ist über Jahrzehnte geprägt durch die ständige Steigerung der Einspritzdrücke. In Kombination mit Maßnahmen wie AGR und Hochaufladung bietet die Hochdruck-Einspritzung die Möglichkeit für den Dieselmo- tor niedrigste Emissionen zu erreichen. Um die zunehmend ambitionierten Verbrauchsziele erreichen zu können, werden beim Dieselmotor die Einspritzdrücke weiter gesteigert. Momentane Einspritzsysteme für Dieselmotoren im PKW- und LKW-Bereich erreichen bereits Raildrücke von über 2000 bar. Eine weitere Steigerung auf 3000 bar Systemdruck wird intensiv diskutiert. In vielen Studien und Verö entlichungen konnten positive Ein- flüsse auf die Gemischbildung, Verbrennung und Emissionsbildung hoher Einspritzdrücke nachgewiesen werden. Um weiterführende Zusammenhänge und Sensitivitäten hinsichtlich der Emissionsbildung, vor allem aber bezüglich der Partikelemissionen, bei so großen Ein- spritzdrücken durchführen zu können, kam ein modifiziertes Serien Einspritzsystem aus dem On-Road LKW Bereich zum Einsatz. Die Untersuchung des Einflusses von 3000 bar Systemdruck auf die Spray- und somit Ge- mischbildung, als auch auf die Hydraulik und letztendlich auf das Motorverhalten wurde bei verschiedenen Düsengeometrien durchgeführt. Die Untersuchungen gliedern sich hier- bei in theoretische und experimentelle auf. In der numerischen CFD-Berechnung der Düseninnenströmung konnte der Einfluss von hohen Drücken auf die Strömungsführung und das Kavitationsverhalten in der Düse un- tersucht werden. Die experimentellen Untersuchungen teilen sich hierbei in drei wesentliche Einzeluntersuchungen der Injektorhydraulik, des Sprayverhaltens und des Einflusses auf den Motorbetrieb auf. Die hydraulische Charakterisierung der einzelnen Düsen mit Hilfe eines Einspritzverlaufs- indikators bietet im Zusammenspiel mit der optischen Analyse das Grundverständnis für das motorische Verhalten. Als Referenz wurde hierbei die Serien-Düse des Motors verwen- det, um ausgehend davon das Potential der neu erstellten Düsengeometrien zu identifi- zieren. Die motorische Analyse schließt die Untersuchungen ab und zeigt das Potential zur Ruß- und NOx-Senkung durch 3000 bar Einspritzdruck in Abhängigkeit der Düsen- geometrie. Insbesondere auf die Anzahl der emittierten Partikel wurde hierbei der Fokus gelegt, da mit Einführung der EURO VI-Emissionsgesetzgebung, eine in Zukunft neu zu erfüllende Emissionsrestriktion hinzugefügt wurde.

Umfang:  198 Seiten

ISBN: 978-3-94381-17-3

Preis: 33 € (zzgl. 2 € Versand)

Bestellung: verlag(at)lvk.mw.tum.de