Auswirkung der Kraftstoffüberhitzung auf Flüssigphasen- und Gasströmung in Sprays für die Benzindirekteinspritzung

Flashboiling bezeichnet die Verdampfung und Zerstäubung überhitzter Fluide durch schlagartige Druckabsenkung. Im Kontext der Kraftstoffeinspritzung bedeutet das, dass der Kraftstoff bei der Einspritzung auf einen Umgebungsdruck entspannt wird, der unterhalb des Dampfdrucks des Kraftstoffes liegt. Dieser Effekt tritt insbesondere bei der Benzindirekteinspritzung auf, wo der Kraftstoff durch die Injektorposition im Zylinderkopf hohe Temperaturen annehmen kann und der Zylinderinnendruck während der Einspritzung häufig unterhalb des Umgebungsdruckes liegt. In überhitzen Kraftstoffsprays kommt es häufig zu unerwünschten Abweichungen im Ausbreitungsverhalten einzelner Strahlen und zum Kollabieren des Sprays.

Die Auswirkungen der Kraftstoffüberhitzung auf die Flüssigphasen- und Gasströmung eines Sprays wird in der vorliegenden Arbeit sowohl an Einzelstrahlen als auch an seriennahen Mehrlochsprays experimentell untersucht. Hierbei kann gezeigt werden dass der initialen Strahlverbreiterung und dem geänderte Läuftströmungsfeld eine wesentliche Rolle bei der Interaktion benachbarter Strahlen und beim kollabieren von Kraftsoffsprays zukommt.

Aus den experimentellen Ergebnissen wird ein physikalisches Erklärungsmodell abgeleitet, das die Phänomene der Strahl-zu-Strahl-Interaktion und des Spraykollabierens in überhitzten Kraftstoffsprays beschreibt. Im Ausblick werden Maßnahmen für Sprayauslegung und Applikation vorgeschlagen um unerwünschte Interaktion im Motorbetrieb zu minimieren.