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Untersuchung der dieselmotorischen Einspritzverlaufsformung
mit Hilfe optischer Messsysteme
Dr.-Ing. Thaddäus Olaf Delebinski Fakultät für Maschinenbau der Universität Hannover Zusammenfassung der Dissertation Das Einspritzsystem stellt im direkteinspritzenden Dieselmotor das wichtigste Teilsystem dar. Die Güte der Gemischbildung ist entscheidend für die Schadstoffbildung und den spezifischen Kraftstoffverbrauch und damit auch für die innermotorische Reduzierung dieser Größen. Das erzielbare Potential zur Beeinflussung der Emissionswerte durch das Einspritzsystem und die Einspritzverlaufsformung hängt dabei von den weiteren gewählten Brennverfahrensparametern ab. Die am Markt befindlichen Einspritzsysteme weisen systemimmanente Vor- und Nachteile auf. Während Speichereinspritzsysteme über eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Einspritzzeitpunkte und eines nahezu frei wählbaren Einspritzdrucks ohne Abhängigkeit von der Motordrehzahl verfügen, weisen Systeme mit einspritzsynchroner Druckerzeugung einen vorteilhaften Einspritzdruck- und damit Ratenverlauf auf, der zu einem reduzierten Schadstoffausstoß führt. In der vorliegenden Arbeit kommt ein Forschungseinspritzsystem zum Einsatz, welches die Vorteile der beiden genannten Systeme miteinander kombiniert und ein Höchstmaß an Flexibilität der Einspritzparameter bietet. Mit Hilfe dieses direkt betätigten Piezo-Einspritzsystems in Verbindung mit der Druckmodulationseinheit Twin-CR wird das erzielbare Potential zur innermotorischen Reduzierung der Ruß- und NOx-Emissionen sowie des spezifischen Kraftstoffverbrauchs mittels der Einspritzverlaufsformung untersucht. Die Untersuchungen erfolgen an einem Einzylinder-Forschungsmotor mit 2 l Hubvolumen mit Vierventil-Zylinderkopf, der für das Einspritzsystem modifiziert wurde. Neben der konventionellen Messtechnik einschließlich Zylinderduckindizierung kommt eine integrale Lichtleitmesstechnik mittels optischer Brennraumsonde zum Einsatz, mit deren Hilfe die Bestimmung der kurbelwinkelaufgelösten Rußtemperaturen und -massen mit der Zwei-Farben-Methode möglich ist. Um eine Beurteilung des Emissionspotentials für unterschiedliche Brennverfahren zu ermöglichen, werden zwei verschiedene Muldenformen mit entsprechend angepassten Einspritzdüsen gleicher hydraulischer Durchflüsse verwendet. Ergänzt werden die Messungen durch hydraulische Untersuchungen an einem Einspritzverlaufsindikator sowie durch optische Gemischbildungs- und Zündungsuntersuchungen an einer schnellen Kompressionsmaschine. Als Referenz kommt ein rechteckförmiger Einspritzverlauf zum Einsatz, der druckmodulierten rampenförmigen Verläufen und einem boot-förmigen Verlauf gegenübergestellt wird. Zusätzlich wird der Rechteckverlauf mit einer Voreinspritzung sowie der boot-förmige Verlauf mit einer Nacheinspritzung kombiniert. Eine Voreinspritzung ermöglicht für frühe Einspritzzeitpunkte der Haupteinspritzung ebenfalls die Reduktion des NOx-Ausstoßes, allerdings auf einem immer noch hohen Niveau. An dieser Stelle steigen allerdings die CO-Emissionen an. Der boot-förmige Verlauf zeigt das höchste Potential zur Reduzierung der NOx-Emissionen bei konstantem spezifischem Brennstoffverbrauch. Erzielt wird dies jedoch im vorliegenden Fall auf Kosten einer Verschlechterung der Rußemissionen. Durch eine angelagerte Nacheinspritzung kann dieser Nachteil gemildert werden. Potential zur gleichzeitigen Reduzierung von NOx und Ruß bei konstantem spezifischen Brennstoffverbrauch zeigen die rampenförmigen Verläufe. Dabei genügt eine sehr kurze Einspritzratenbegrenzung nur während der öffnungsphase des Injektors, um eine signifikante Reduktion dieser beiden Komponenten zu erzielen. < zurück |
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