Experimental Investigations on Particle Number Emissions from GDI Engines
Markus Bertsch
Diese Dissertation behandelt experimentelle Untersuchungen zur Reduktion von Partikelanzahlemissionen beim Ottomotor mit Direkteinspritzung.
Messungen an einem Einzylinder-Forschungsaggregat mit kombiniertem Einsatz von Partikelanzahlmessgerät, Partikelgrößenverteilungsmessung sowie optischer Diagnostik und thermodynamischer Analyse ermöglichen dabei die detaillierte Analyse der Partikelbildung und -oxidation.
Hierzu werden zahlreiche optische Diagnosetechniken zur Visualisierung der Gemischbildung (Mie-Streulicht, High-Speed PIV) sowie der Rußbildung und -oxidation (High-Speed Imaging, Lichtleitermesstechnik) eingesetzt.
Zunächst werden zwei Injektoren mit unterschiedlichem hydraulischen Durchfluss und identischem Spraytargeting in einer Einspritzdruckkammer charakterisiert und bewertet.
%Eine Anhebung des Einspritzdruckes auf bis zu 500 bar
Im Fokus der experimentellen Arbeiten am Versuchsmotor steht dann der Betrieb bei erhöhter Motorlast und geringer Motordrehzahl.
Hierbei stellen die geringen Strömungsgeschwindigkeiten im Brennraum, bedingt durch die geringe Motordrehzahl, sowie die große eingebrachte Kraftstoffmasse eine zentrale Herausforderung für den Gemischbildungsprozess dar.
Einen wesentlichen Teil der Arbeit stellt deshalb die detaillierte Analyse des Gemischbildungsprozesses, welcher als Summe aus Kraftstoffeinbringung, Interaktion der Ladungsbewegung mit dem eingebrachten Kraftstoff sowie der Kraftstoffbeschaffenheit beschrieben werden kann, dar.
Maßnahmen zur Optimierung der Gemischbildung und Minimierung der Partikelemissionen werden abgeleitet und bewertet.
Neben der gezielten Beeinflussung der Ladungsbewegung durch das Aufprägen einer gerichteten Strömung und der Variation der Ventilöffnungszeitpunkte und -öffnungsverläufe, wird auch die Einspritzung gezielt beeinflusst.
Hierzu wird neben einer Reduktion des hydraulischen Durchflusses des Injektors auch eine Erhöhung des Einspritzdruckes auf bis zu 500 bar diskutiert.
Die Untersuchungen zeigen am Beispiel des aufgeladenen Betriebs grundlegende Auswirkungen und Potenziale verschiedener Variationsparameter bezüglich der innermotorischen Emissionsreduzierung auf. Durch die gleichzeitige Analyse der Ladunsgbewegung und eine thermodynamische Analyse können die Ergebnisse auf weitere Motoren übertragen werden.
