Optische Untersuchung der Düseninnenströmung von Sitzlochinjektoren für die Benzindirekteinspritzung

Forschungsberichte aus dem Institut für Kolbenmaschinen, Bd. 6/2008

Isabell Gilles-Birth

ISBN 978-3-8325-2148-6
163 Seiten, Erscheinungsjahr: 2009
Preis: 39.50 €
Optische Untersuchung der Düseninnenströmung von Sitzlochinjektoren für die Benzindirekteinspritzung

Bei der Benzindirekteinspritzung und insbesondere bei dem strahlgeführten Brennverfahren spielt die präzise Auslegung und Anpassung des Injektors an den jeweiligen Brennraum eine zentrale Rolle. Durch die Variation des Einspritzwinkels und der Auswahl der Spritzlochgeometrie kann der Injektoran Brennraum, Zündstrategien und Betriebsmodi angepasst werden. Die große Anzahl an Variationen der Spritzlochgeometrie stellt den Entwickler dabei vor eine besondere Herausforderung.

Um ein besseres Verständnis über Zusammenhänge von Spritzlochgeometrie, Kavitationsentwicklung und Strahlaufbruch bei Sitzlochinjektoren für die Benzindirekteinspritzung zu erlangen, wurden ein optisch zugänglicher Düsenaufsatz in Realgeometrie konstruiert, der die Spitze eines konventionellen Injektors mit Magnetaktuator ersetzte. Mit Hilfe dieses modifizierten Injektors konnte das Auftreten von Kavitation und die Kavitationscharakteristik in Benzindüsen detailliert betrachtet werden. Die Grundlagenuntersuchungen an einer ausgewählten Basisdüse zeigen die Kavitationsarten, die bei Benzindüsen auftreten können, die Veränderung der Kavitation über dem Einspritzverlauf und die Strömungsvorgänge im Einspritzloch während der Öffnungs- und Schließphase der Nadel.

Die Kavitationsgrenze bei Injektoren für die Benzindirekteinspritzung wurde ebenso ermittelt wie der Einfluss der Veränderung von Nadelhub und Spritzlochgeometrie auf den Kavitationsbeginn. Außerdem wurde Kavitationsentwicklung bei verschiedenen Spritzlochgeometrien visualisiert und bewertet. In einem zweiten Schritt wurden die Zusammenhänge von Kavitation und Strahlaufbruch im Düsennahbereich mit zeitgleichen Aufnahmen von Düseninnenströmung und Freistrahl untersucht. Der Strahlaufbruch von fünf verschiedenen Spritzlochgeometrien wurde anhand des Kegelwinkels, der Abweichung des Strahls von der Spritzlochachse und den zyklischen Schwankungen analysiert und zusammen mit der im Spritzloch auftretenden Kavitation bewertet.

Die Auswirkung der Kavitation auf den Strahlzerfall insbesondere im Düsennahbereich konnte nachgewiesen werden. Die vorliegende Arbeit leistet somit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Vorgänge im Spritzloch und Düsennahbereich während der Einspritzung und ermöglicht dadurch eine effektive Auslegung von Injektoren für die Benzindirekteinspritzung.