Experimentelle Forschung zur Optimierung von Verbrennungsmotoren

Die ständig steigenden Ölpreise haben zusammen mit der Forderung nach geringeren Fahrzeugemissionen neue Anforderungen an die Fahrzeugindustrie hinsichtlich einer Optimierung der Verbrennung in Diesel- und Benzinmotoren mit Direkteinspritzung gestellt.

Eine Optimierung der Verbrennung in diesen Motoren mit Direkteinspritzung hängt in erster Linie von den Sprühprozessen ab, zu denen Verdampfung und das Auftreffen auf heiße Oberflächen wie den Kolben oder die Zylinderwandung gehören. Deswegen hat man sich im Rahmen des DIME-Projekts auf ein besseres Verständnis dieser hochkomplexen Prozesse der Mischung von Kraftstoff und Luft konzentriert.

Insbesondere wurde innerhalb dieses Projektes ein neues experimentelles Verfahren entwickelt, das eine tiefgehende Analyse der Auswirkungen verschiedener Parameter auf die Beschreibung des Tröpfcheneinflusses erlaubt. Die Forscher haben eine hochspezialisierte Umgebung mit moderner Ausrüstung und Instrumenten geschaffen und damit verschiedene Parameter wie zum Beispiel Oberflächenrauheit und den Gleichgewichtskontaktwinkel untersucht.

Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Befeuchtung sehr stark von der durchschnittlichen Oberflächenrauheit abhängt und für das System unter bestimmten Bedingungen charakteristisch sein kann. Sofern keine Einspritzung erfolgt, beeinflusst der Gleichgewichtskontaktwinkel die Oberflächenrauheit an den benetzenden Dynamiken in großem Maße, was wiederum zu einer Veränderung der Reibungskräfte an der Wand und damit der während der Einspritzung verteilten Energie führt.

Mit Hilfe von geeigneten experimentellen Anordnungen und erstklassigen Diagnoseverfahren konnten die Forscher außerdem auftreffende Benzin-/Dieselsprühnebel unter entsprechend kontrollierten Grenzbedingungen charakterisieren. Daraus entwickelten sie eine Datenbank mit experimentellen Ergebnissen zum Sprühnebel, der aus einem Benzineinspritzer austritt und auf eine zwischengeschaltete Oberfläche auftrifft. Diese Resultate können weiter verwendet werden, um geeignete numerische Codes festzulegen und zu bestätigen und damit das Auftreffen zuverlässig simulieren zu können.

Zwar wird in diesen Experimenten ein Mehrfachbenzineinspritzer verwendet, der auf eine erhitzte Oberfläche sprüht, ein neu entwickeltes Hochdruckeinspritzsystem wird aber die Studien den Erwartungen zufolge ausdehnen. Solche Studien umfassen flüchtige Sprühnebel mit geringeren Tröpfchengrößen und höheren Geschwindigkeiten und spielen eine wichtige Rolle bei Sprühnebelkühlungsprozessen.

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António Moreira
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