Browsing by Author "Espig, Stefan"

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Beitrag zur Entwicklung eines Einspritzsystems für ein teilhomogenes Brennverfahren in Pkw-Dieselmotoren
(2013) Espig, Stefan; Bargende, Michael (Prof. Dr.-Ing.)
Die Absenkung der Schadstoffemissionen bei der motorischen Verbrennung ist für Fahrzeughersteller und Umwelt von großer Bedeutung. Dieses Ziel kann erreicht werden, indem bei der Verbrennung weniger Schadstoffe entstehen oder indem eine verbesserte Abgasnachbehandlung die Schadstoffe umwandelt oder herausfiltert. Im Rahmen dieser Arbeit werden innermotorische Maßnahmen zur Senkung der Schadstoffemissionen beim Dieselmotor betrachtet. Im Fokus steht die Anpassung des Einspritzsystems an ein alternatives Brennverfahren. Um die Schadstoff-Emissionen zu senken, kann die Art der Verbrennung verändert werden. Basierend auf einer Kategorisierung der bekannten Ansätze, deren Großteil homogene und teilhomogene Brennverfahren bilden, wird das Brennverfahren "Combined Homogeneous Heterogeneous Combustion" (CHHC) entwickelt. Es handelt sich um ein teilhomogenes Verfahren mit sehr früher und getakteter Einbringung der Homogenmenge sowie einer Heterogenmenge zu einem konventionellen Zeitpunkt. Anhand der Anforderung, die das CHHC-Verfahren an das Einspritzsystem stellt, werden Möglichkeiten zur Optimierung aufgezeigt. Die Vorstellung innovativer Einspritzsysteme liefert einen Überblick über bisher bekannte Ansätze zur Erhöhung der Variabilität, kategorisiert diese nach dem Wirkprinzip und bewertet die Einsatzmöglichkeit. Dabei zeigen zwei Funktionalitäten Potenzial für eine Emissionsreduzierung im CHHC-Betrieb. Ein variabler hydraulischer Durchfluss bietet die Möglichkeit, verschieden große Einspritzmengen mit unterschiedlichem Durchfluss darzustellen. Die Druckmodulation ermöglicht die Veränderung des Einspritzdrucks zu einem frei definierbaren Zeitpunkt im Arbeitsspiel, so dass zwischen zwei Einspritzungen oder auch während einer Einspritzung der Druck gezielt verändert werden kann. Um das Potenzial zur Verringerung von Kraftstoff-Wandkontakt bewerten zu können, wird die Strahleindringtiefe bestimmt. Beim Prinzip des variablen Durchflusses werden kleine Einspritzlöcher für den CHHC-Betrieb genutzt. Die Berechnungen ergeben jedoch eine vergrößerte Eindringtiefe. Diese ist Folge der kleineren Düsenlöcher, welche zu einer höheren Austrittsgeschwindigkeit in Verbindung mit einem schlankeren Strahl führen. Die Simulationsergebnisse für die Druckmodulation zeigen eine verringerte Strahleindringtiefe. Dabei wird die Druckmodulation genutzt, um die frühen Pulse zur Einbringung der Homogenmenge mit einem deutlich abgesenkten Druck einzuspritzen, während die Heterogenmenge mit einem Einspritzdruck über dem maximal möglichen Raildruck eingebracht wird. Für die motorischen Untersuchungen des CHHC-Verfahrens wird der Spritzwinkel verkleinert. Dadurch entsteht mehr freie Weglänge für die Einspritzstrahlen der Homogenmenge. Eine Anpassung der Kolbengeometrie an den veränderten Spritzwinkel ist notwendig. Dazu werden mit Hilfe von Simulationsrechnungen zur Lambda-Verteilung neue Muldengeometrien bewertet. Die Wandführung ermöglicht eine gute Gemischbildung bei ausreichendem Durchfluss und damit eine Volllast ähnlich der des konventionellen Systems. Die Druckmodulation wird in dieser Arbeit mit einem Druckverstärker dargestellt, der zwischen Injektor und Rail angebracht ist und als Prototyp für Untersuchungen zur Verfügung steht. Die Ergebnisse bestätigen eine signifikante Verbesserung von Verbrauch, Geräusch und Emissionen mit Druckmodulation. Durch den reduzierten Kraftstoff-Wandkontakt kondensiert weniger Einspritzmenge an der Kolbenwand. Die HC-Emissionen sinken deutlich. Der geringere spezifische Verbrauch ergibt sich durch einen höheren umgesetzten Kraftstoffanteil und die bessere Lage der Verbrennung. Zusätzlich führt weniger Kraftstoff-Wandanlagerung zu weniger Übergang von Kraftstoff über den Schmierfilm ins Motoröl.