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Charakterisierung der Sprayverdampfung in der Benzindirekteinspritzung anhand von Gasphasentemperatur und Tropfengröße
Markus Weikl Zusammenfassung Neben der Abgasrückführung in Verbindung mit variablem Ventiltrieb ist die Benzindirekteinspritzung (BDE) zur Zeit eine der erfolgversprechendsten Techniken zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen. Alle nationalen und internationalen Automobilunternehmen forschen deshalb aktuell in diesem Bereich mit Hochdruck an entsprechenden Systementwicklungen und Verbesserungen. Eine der Grundvoraussetzungen für den Einsatz der Benzindirekteinspritzung ist hier die ausreichend schnelle und möglichst vollständige Verdampfung des Kraftstoffes vor der Zündung des Gemisches, eine Aufgabe, für die in der Regel nur wenige Millisekunden zur Verfügung stehen. Zentrales Bauteil dieses innovativen Einspritzsystems ist der Injektor. Deshalb ist die Entwicklung ausreichend leistungsfähiger Injektoren von entscheidender Bedeutung, um dieses Konzept in einem weiten Drehzahl- und Lastbereich verwirklichen zu können. Die experimentelle Charakterisierung der Injektoren trägt zum Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse der Zerstäubung und Verdampfung bei, schafft eine Datenbasis für die theoretische Modellierung und ist so entscheidend für weitere Systemverbesserungen und für die Vereinfachung von Entwicklungsprozessen. Im Rahmen der Diplomarbeit wurde, zunächst losgelöst von der komplexen Wechselwirkung mit der Ladungsbewegung in einem Motor, die Sprayverdampfung in einer optisch zugänglichen Einspritzzelle mit nicht-invasiven, laseroptischen Messmethoden untersucht. Hier kamen Standardverfahren wie die Mie-Lichtschnitttechnik zur Untersuchung der Sprayausbreitung und die Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA) zur Bestimmung von Tropfengrößen und Tropfengeschwindigkeiten zur Anwendung. Die Gasphasentemperatur, ein bisher nicht zugänglicher Parameter, der jedoch für Aussagen über den Fortschritt der Verdampfung notwendig ist, konnte erstmals mit dem Verfahren der kohärenten anti-Stokes Raman-Streuung (CARS) erfasst werden. Mit diesen Arbeiten wurde zusätzlich zum ersten Mal die zeitliche und lokale Entwicklung der Gasphasentemperatur im Spray im kombinierten Einsatz mit anderen laserbasierten Messmethoden analysiert. Besonders durch den innovativen Einsatz der CARS-Messtechnik zur Bestimmung der Gasphasentemperatur wurde Ergebnisse erzielt, die mit keinem anderen System aktuell möglich und ganz entscheidend für zukünftige Systemverbesserungen sind. Dementsprechend wurden mit diesen Ergebnissen zwischenzeitlich zwei wissenschaftliche Veröffentlichungen in international renommierten Zeitschriften platziert und wird dieses Verfahren zur Gasphasentemperaturbestimmung nun auch in ersten Schritten in der Automobilindustrie zu Entwicklungszwecken eingesetzt. < zurück |
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