Sowohl in der Verbrennungsentwicklung als auch in der Abgasnachbehandlung basieren wichtige Prozesse auf der Zerstäubung von Flüssigkeiten zu einem Spray, bestehend aus Flüssigkeitstropfen, Dampf und eingebrachter Luft. Die Zerstäubung wird durch Einspritzdüsen realisiert. Die Entwicklung dieser Düsen bildet einen der wichtigsten Schwerpunkte aktueller Motorenentwicklungen. Gegenstand dieser Arbeit ist die Darstellung der Möglichkeiten zur Beschreibung von Sprays. Die zur Erfassung der präsentierten Kenngrößen geeigneten Messtechniken werden vorgestellt und diskutiert. Darüber hinaus wird die Messtechnik 'Shadowgraphy Computed Tomography' entwickelt und deren Möglichkeiten zur Spraycharakterisierung mit bestehender Messtechnik verglichen. Außerdem wird ein Abgleich der mechanischen Strahlimpulsmesstechnik mit High Speed Röntgen Messungen aufgenommen an einem Synchrotron durchgeführt. Dafür werden neue Auswertungsalgorithmen für die erfassten Bilder entwickelt. Außerdem wird eine Methodik zur Auswertung von Phasen-Doppler-Anemometrie vorgestellt und die damit erfassten Ergebnisse mit Messungen der mechanischen Strahlimpulsmesstechnik verglichen. Der Erkenntnisfortschritt dieser Arbeit hilft bei der Auswahl der, für den jeweilig zu erfassenden Sprayparameter, sinnvollen Messtechnik und zeigt umfassende Möglichkeiten, eine Düse und ein Spray zu charakterisieren. Der Vergleich der unterschiedlichen Messtechniken zueinander zeigt die unterschiedlichen Stärken und Schwächen der einzelnen Messtechniken. Die Arbeit schließt mit einem Empfehlungskatalog für die Spraycharakterisierung.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Für die Einhaltung der sich immer weiter verschärfenden Gesetzesgrundlagen werden moderne Konzepte direkteinspritzender Ottomotoren vorwiegend global stöchiometrisch betrieben. Die Kontrolle und gezielte Auslegung des Kraftstoffsprays stellt einen Schlüsselfaktor für die Reduktion von Partikel- und HC-Emissionen dar. Eine fundamentale Kenntnis der physikalischen Sprayausbreitungsmechanismen ist hierfür jedoch unerlässlich. Gerade in unteratmosphärischen Randbedingungen sind die ablaufenden Sprayprozesse nicht hinreichend genau verstanden, dies gilt insbesondere für überhitzte Einspritzvorgänge (Flashboiling). In Abhängigkeit des Kennfeldbereiches kann die Gemischhomogenisierung hierbei durch unerwünschte Targetingänderungen des Strahlbildes begrenzt werden.
Gegenstand dieser Arbeit ist es, das Ausbreitungsverhalten von Kraftstoffsprays kennfeldübergreifend zu charakterisieren. Durch den Einsatz von invasiven und nicht-invasiven Messtechniken werden die an hochaufgeladenen Ottomotoren auftretenden Zustandsbedingungen analysiert und auf stationäre Einspritzkammern übertragen. Mittels optischer Messtechniken werden ablaufende Sprayprozesse von Benzinsprays untersucht und in Form von phänomenologischen Sprayausbreitungsmodellen diskutiert. Basierend auf diesen Modellvorstellungen wird erstmals eine gesamtheitliche Beschreibung Flashboiling bedingter Targetingänderungen ausgearbeitet. Die entwickelten Erklärungsmodelle werden durch einen Abgleich von Kammerversuchsreihen und motorischen Untersuchungen validiert.
Der Erkenntnisfortschritt dieser Arbeit hilft bei der Interpretation von Sprayprozessen sowie Motorergebnissen und erlaubt es, das Ausbreitungsverhalten von Benzinsprays in überhitzten und nicht überhitzten Bedingungen positiv zu beeinflussen.
Aktualisiert: 2019-12-12
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