Identifikation der relevanten Gemischbildungsparameter für Hoch-AGR-Diesel-Brennverfahren mit bestmöglichem Wirkungsgrad

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen von Variationen verschiedener (Haupt-)Gemischbildungsparameter auf die dieselmotorische Verbrennung und deren Erfassung in Form von geeigneten Beschreibungsgrößen. Innerhalb der Düsenparametervariation kann der Einfluss des Düsennadelsitzwinkels aufgrund von Quereinflüssen in der Injektormatrix nur unzureichend bestimmt werden. Es zeigt sich bei Vergrößerung des Düsennadelsitzwinkels jedoch die Tendenz zu einem homogenerem Strömungsfeld am Düsenlochaustritt bei Nadelvollhub und einem messbar schnelleren Eindringverhalten und größerem Strahlimpuls, was sich positiv auf Gemischbildung, Zündungsorte und Verlauf der mischungskontrollierten Verbrennung und damit letzten Endes auf die Rußemissionen auswirkt. Die beobachtete Korrelation zwischen Durchflusskoeffizient Cd und Schwarzrauchwert FSN unterstreicht dabei die Wichtigkeit dieser Düsenbeschreibungsgröße für den Auslegungsprozess von Einspritzelementen! Die Drallvariation mittels unterschiedlicher Kanalkonzepte verdeutlicht eindrücklich die Bedeutung der Drallqualität als Beschreibungsgröße für die Gemischbildung der dieselmotorischen Verbrennung. Eine im Motorversuch durchgeführte Gleichstellung der rechnerisch ermittelten Drallzahl im oberen Totpunkt führt dabei nicht zu vergleichbaren Emissionsergebnissen der beiden verglichenen Kanalkonzepte. Es darf daher nicht nur die für Dieselmotoren typische Ladungsbewegung der Drallströmung charakterisiert werden, sondern es muss auch auf nicht-rotatorische Strömungskomponenten wie beispielsweise eines Tumbles eingegangen werden. Dies hat entscheidenden Quereinfluss auf die Zündung und Verbrennung des Gemischs, wie es in der vorliegenden Arbeit dokumentiert wird. Im Falle der Kolbenmuldenvariation wird ein Zonenlambda-Ansatz zur Beurteilung der Gemischverteilung zwischen Mulde und Quetschspalt zum Einsatz gebracht. Für Brennverfahrensrandbedingungen, welche eine intakte Rußoxidationsphase abbilden, kann dabei eine gute Korrelation des Muldenlambdaverlaufes mit den Schwarzrauchemissionen im Motorversuch erzielt und somit ein geeignetes Mittel zur Charakterisierung der Rußoxidationsphase gefunden werden. Bei sehr niedrigen Sauerstoffmassenkonzentrationen im Saugrohr und damit einhergehenden Hoch-AGR-Randbedingungen ist dieser Ansatz aufgrund der dann vor allem rußbildungsdominierten Partikelemissionen und einer kaum mehr vorhandenen Rußoxidationsphase allerdings nicht geeignet.