Effizientere und sauberere Dieselfahrzeuge dank verbesserter Einspritzung

Neu entwickelte Dieselmotoren erfreuen sich aufgrund der mit ihnen verbundenen ökologischen und wirtschaftlichen Vorteile wachsender Beliebtheit und werden zunehmend in Fahrzeugen eingesetzt. Die Optimierung von Einspritzverfahren und -systemen könnte außerdem zu einer akkurater gesteuerten Kraftstoffverteilung und damit zu einer verbesserten Leistung und einem saubereren Betrieb von Dieselmotoren führen.

Die Optimierung der Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer ist einer der entscheidensten Faktoren für eine saubere und effiziente Verbrennung in einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung. Dies kann mithilfe einer geeigneten Konstruktion der Einspritzdüsen und angemessenen Einspritzverfahren zur Verbesserung der räumlichen und zeitlichen Kraftstoffverteilung erreicht werden.

Im Rahmen des D-ISELE-Projekts (Diesel – Injection for Small Engines and Low Emissions) hat man sich auf diese Zielstellungen konzentriert und geeignete Methoden zur Charakterisierung des Sprühnebels entwickelt. Die experimentellen Verfahren erlauben Messungen der makroskopischen und mikroskopischen Eigenschaften des Sprühnebels für echte Düsen mit mehreren Löchern, um das Verhalten der Düse bewerten zu können.

Vorhandene Software-Codes wurden zur Nutzung für Düsen mit fünf, sechs oder mehr Sprühöffnungen unter realen Motorbedingungen bei Verwendung eines handelsüblichen Dieselkraftstoffs angepasst. Auf Grundlage von digitalen Fotografien wurden außerdem Korrekturen und Kalibrierungen vorgenommen, um eine hohe Messgenauigkeit zu gewährleisten. Überdies wurde eine neue Abdeckvorrichtung entwickelt, um jeden einzelnen Sprühnebel isolieren zu können.

Für Zwecke der optischen Charakterisierung wurde außerdem ein neuer Hochdruck-Stickstoff-Teststand gebaut, der über drei Fenster verfügte und für verschiedene optische Verfahren genutzt werden konnte. Die Technologie funktioniert nach dem Bausteinprinzip und bietet damit die Möglichkeit zum Einsatz von verschiedenen Konfigurationen, Schattenphotographie, Seitenbeleuchtung und Düsen mit zwei oder mehreren Löchern. Neben Dieselmotoren können auch Zerstäuber mit einfacher Düse oder Benzineinspritzer visualisiert werden.

Für verschiedene Düsenkonstruktionen wurden makroskopische Eigenschaften des Sprühnebels wie Penetration, Konuswinkel, Umfangsgeschwindigkeit sowie Verteilung zwischen den Löchern und Einspritzungen charakterisiert und mikroskopische Eigenschaften wie Tröpchengröße und Geschwindigkeit untersucht. Die vollständige Methode soll die Optimierung der Düsenkonstruktion für verbesserte Einspritzvorgänge in Dieselmotoren gewährleisten.