Experimentelle Untersuchung des primären Strahlzerfalls bei der motorischen Hochdruckeinspritzung

Schugger

ISBN 978-3-8325-1800-4
135 Seiten, Erscheinungsjahr: 2007
Preis: 40.50 €

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der prim"are Strahlaufbruch im d"usennahen Bereich bei der dieselmotorischen Hochdruckeinspritzung mit experimentellen Methoden untersucht. Der Einfluss der D"usengeometrie auf die Ausbreitung verdampfender und nichtverdampfender Sprays wurde mit einem neuartigen Gegenlichtverfahren beobachtet. Dieses Verfahren erlaubt die Bestimmung der fl"ussigen und dampff"ormigen Spraybereiche aus einer einzelnen Aufnahme bei reduziertem experimentellem Aufwand. Aus einem Vergleich der Eindringtiefen wird deutlich, dass durch die Verrundung der Einlasskante in Kombination mit einer konischen Ausf"uhrung des Spritzlochs ein schnelleres Eindringen des gesamten Sprays in den Brennraum erm"oglicht wird.

Diese Aussage gilt sowohl f"ur heisse als auch f"ur kalte Umgebungsbedingungen. Grundlegende Untersuchungen an Einlochd"usen zeigen, dass bei einer stark verrundeten Einlasskante und somit einer nicht-kavitierenden D"useninnenstr"omung die ungest"orte Strahll"ange und der Strahlzerfall durch die Strahlgeschwindigkeit bestimmt werden. Im Vergleich hierzu bewirkt eine scharfkantige Einlasskante Kavitation. Sie erh"oht die Strahlturbulenz, was zu verst"arktem Strahlaufbruch direkt am Spritzloch f"uhrt. Mit der Laser Correlation Velocimetry (LCV), die Geschwindigkeitsmessungen im d"usennahen dichten Spray erlaubt, wurde gezeigt, dass das Spray der Einlochd"usen durch einen Spraykern mit hoher Geschwindigkeit charakterisiert ist. Dieser Spraykern ist unter atmosph"arischem Gegendruck von einem Au"senbereich mit einem linearen Geschwindigkeitsprofil umgeben. Best"atigt wird diese Beobachtung durch die Messung der Geschwindigkeit der angesaugten Luft im d"usennahen Bereich mit der Particle Image Velocimetry (PIV). Es zeigt sich, dass der angesaugte Luftmassenstrom durch die St"arke des Strahlzerfalls bestimmt wird. Das st"arker aufbrechende Spray der kavitierenden Einlochd"use saugt wesentlich mehr Luft an als das kompaktere Spray der verrundeten D"use. Experimentelle Untersuchungen an motornahen Dreilochd"usen erweitern den untersuchten Parameterbereich um den Einfluss der asymmetrischen Anstr"omung des Spritzlochs. Diese Asymmetrie zeigt sich deutlich in den mit der LCV ermittelten Geschwindigkeitsverl"aufen. Hier wurde erstmals zeitlich hochaufgel"ost "uber den gesamten Querschnitt des d"usennahen Sprays die Axialgeschwindigkeit der fl"ussigen Phase aufgezeichnet.

Es wird deutlich, dass eine konische verrundete D"use aufgrund der reduzierten Grenzschichtdicke der D"useninnenstr"omung ein blockf"ormiges Geschwindigkeitsprofil im dichten Spraykern bewirkt, das sich sehr schnell ausbildet. Es wird von einem relativ d"unnen Sprayrandbereich mit steilen radialen Geschwindigkeitsgradienten begrenzt. Die Geschwindigkeitsabnahme in axialer Richtung im Sprayzentrum ist aufgrund der fehlenden Interaktion mit der umgebenden Gasphase vor allem bei der verrundeten Dreilochd"use auf den ersten Millimetern nach dem Spritzlochaustritt sehr gering.