Experimentelle, numerische und motorische Charakterisierung der 3000 bar Dieseleinspritzung

Das Einspritzsystem am Dieselmotor stellt bis heute die mit Abstand wichtigste Komponente dar, mit der man die Gemischbildung und somit das Emissionsverhalten des Motors beeinflussen kann. Die Entwicklung der Einspritzung ist über Jahrzehnte geprägt durch die ständige Steigerung der Einspritzdriicke. In Kombination mit Maßnahmen wie AGR und Hochaufladung bietet die Hochdruck-Einspritzung die Möglichkeit für den Dieselmotor niedrigste Emissionen zu erreichen. Um die zunehmend ambitionierten Verbrauchsziele erreichen zu können, werden beim Dieselmotor die Einspritzdriicke weiter gesteigert.
Momentane Einspritzsysteme für Dieselmotoren im PKW- und LKW-Bereich erreichen bereits Raildriicke von über 2000 bar. Eine weitere Steigerung auf 3000 bar Systemdruck wird intensiv diskutiert. In vielen Studien und Veröffentlichungen konnten positive Einflüsse auf die Gemischbildung, Verbrennung und Emissionsbildung hoher Einspritzdriicke nachgewiesen werden. Um weiterführende Zusammenhänge und Sensitivitäten hinsichtlich der Emissionsbildung, vor allem aber bezüglich der Partikelemissionen, bei so großen Einspritzdrücken durchführen zu können, kam ein modifiziertes Serien Einspritzsystem aus dem On-Road LKW Bereich zum Einsatz.
Die Untersuchung des Einflusses von 3000 bar Systemdruck auf die Spray- und somit Gemischbildung, als auch auf die Hydraulik und letztendlich auf das Motorverhalten wurde bei verschiedenen Düsengeometrien durchgeführt. Die Untersuchungen gliedern sich hierbei in theoretische und experimentelle auf,
In der numerischen CFD-Berechnung3 der Düseninnenströrnung konnte der Einfluss von hohen Drücken auf die Strömungsführung und das Kavitationsverhalten in der Düse untersucht werden. Die experimentellen Untersuchungen teilen sich hierbei in drei wesentliche Einzeluntersuchungen der Injektorhydraulik, des Sprayverhaltens und des Einflusses auf den Motorbetrieb auf.
Die hydraulische Charakterisierung der einzelnen Düsen mit Hilfe eines Einspritzverlaufsindikators bietet im Zusammenspiel mit der optischen Analyse das Grundverständnis für das motorische Verhalten. Als Referenz wurde hierbei die Serien-Düse des Motors verwendet, um ausgehend davon das Potential der neu erstellten Düsengeometrien zu identifizieren. Die motorische Analyse schließt die Untersuchungen ab und zeigt das Potential zur Ruß- und NOœ-Senkung durch 3000 bar Einspritzdruck in Abhängigkeit der Düsengeometrie. Insbesondere auf die Anzahl der emittierten Partikel wurde hierbei der Fokus gelegt, da mit Einführung der EURO VI-Emissionsgesetzgebung, eine in Zukunft neu zu erfüllende Emissionsrestriktion hinzugefügt wurde.