Untersuchung des instationären Strahlaustrittsverhaltens und der Benetzungsdynamik eines Einzelstrahls bei der Benzindirekteinspritzung

Die für 2014 geplante neue Abgasvorschrift Euro 6 der Europäischen Union sieht vor, für direkteinspritzende Ottomotoren neben der Partikelmasse auch die Partikelanzahlemission (PN) zu limitieren. Der diskutierte Grenzwert für die PN-Emission von 6 x 10¹¹ [Partikel/km] stellt im Vergleich zur Partikelmasse eine deutlich höher Anforderung an die Motoren dar. Es ist damit erforderlich, die PN-Emission um ca. eine Größenordnung zu senken. Dies erfordert eine detaillierte Analyse der Quellen der Partikelentstehung im Brennraum des DI-Motors. Bei der Benzindirekteinspritzung lässt sich der Kontakt des Sprays mit den Brennraum begrenzenden Wänden nicht unter allen Betriebszuständen vermeiden. Der sich ausbildende Wandfilm kann im jeweiligen Arbeitspunkt zu erhöhten Schadstoffemissionen und zur Bildung von Ablagerungen führen. Zielstellung des Projektes sind Grundsatzuntersuchungen zur Wandfilmbildung, bei denen neben der Hochgeschwindigkeitsvisualisierung des Flüssigkeitsfilms der Schwerpunkt auf der infrarotthermografischen Bestimmung instationärer Wandtemperaturverläufe liegt. Durch deren berührungslose und nahezu verzögerungsfreie Messung für die gesamte Testsektion mittels Infrarotthermografie werden eine wesentlich verbesserte Genauigkeit und ein erheblicher Erkenntniszuwachs im Vergleich zu ähnlichen Messungen, jedoch unter Verwendung von Sensoren, erwartet. Diese Temperaturverläufe ermöglichen unter anderem die Bestimmung der bei der Filmbildung und Filmverdampfung entzogenen Wärmen. Das Messverfahren erlaubt durch seine Schnelligkeit und Robustheit systematische Messungen über einen weiten Bereich von Parametern. Hierzu zählen Aussagen zum Einfluss von Sprayform, Einbaulage, Betriebsdruck, Einspritzmenge und Regime sowie Wandabstand und stationärer Wandanfangstemperatur. Die Ergebnisse können dann motorischen Untersuchungen mit obigen Parametervariationen gegenübergestellt werden.

Investigation of the transient jet exit behavior and the wetting dynamics of a single jet in gasoline direct injection

The European Union's new Euro 6 emissions regulation planned for 2014 provides for a limit on particle number (PN) emissions as well as particle mass for direct-injection petrol engines. The discussed limit value for PN emissions of 6 x 10¹¹ [particles/km] represents a significantly higher requirement for engines in comparison to particle mass. It is therefore necessary to reduce PN emissions by approximately one order of magnitude. This requires a detailed analysis of the sources of particle formation in the combustion chamber of the DI engine. In gasoline direct injection, contact between the spray and the walls of the combustion chamber cannot be avoided under all operating conditions. The wall film that forms can lead to increased pollutant emissions and the formation of deposits at the respective operating point. The aim of the project is to carry out fundamental investigations into wall film formation, focusing not only on high-speed visualization of the liquid film but also on the infrared thermographic determination of transient wall temperature curves. The non-contact and almost instantaneous measurement of the entire test section using infrared thermography is expected to significantly improve accuracy and provide a considerable increase in knowledge compared to similar measurements using sensors. Among other things, these temperature curves make it possible to determine the heat extracted during film formation and film evaporation. Due to its speed and robustness, the measurement method allows systematic measurements over a wide range of parameters. These include statements on the influence of spray shape, installation position, operating pressure, injection quantity and regime as well as wall distance and stationary initial wall temperature. The results can then be compared with motor tests with the above parameter variations.