Dipl.-Ing. u. Dipl.-Wirt.-Ing. Roland Leuthel


Dipl.-Ing. u. Dipl.-Wirt.-Ing. Roland Leuthel
Wissenschaftlicher Mitarbeiter



EADS Astrium

eMail: roland.leuthel@unibw.de


FVV-Projekt “Belagsbildung in Einspritzdüsen”

Überblick und Problemstellung  

Im Bereich der dieselmotorischen Brennverfahren hält der Trend zu immer höheren Einspritzdrücken und kontinuierlich kleiner werdenden Spritzlochdurchmessern an. Die konische Form der Ein­spritz­dü­sen und deren hydroerosive Verrundung trägt darüber hinaus zu einer Optimierung des Strö­­­mungs­­pro­­fils im Spritzloch bei. Diese strömungsopti­mier­­ten Düsen zeigen zwar eine deutlich reduzierte Ka­vi­ta­­ti­ons­neigung, dafür aber bilden sich ver­mehrt Ablagerungen in den Düsen, was aufgrund des ge­rin­gen Spritzlochdurchmessers zu einer re­du­zier­ten Motorleistung und einer erhöhten Partikelemission führt. Durch die nahezu komplette Unter­drüc­kung der Kavitationsneigung in den strömungsoptimierten Ein-spritzdüsen fehlt zum einen der “Selbstreinigungseffekt” an der Spritz­loch­wand, her­vor-gerufen durch die Bildung ei­nes Ka­vi­tationsfilms zwischen Einspritzstrahl und Düse (wie etwa bei zylindrischen Düsen); zum an­de­ren er­höht sich der Wärmeübergang auf den Kraftstoff beträcht­lich, weil die isolierende Wirkung der durch Ka­vitation erzeugten Gasblasen zwischen Strahl­kern und Spritzlochwand fehlt, was zu signifikanten Tem­­pe­raturänderungen während des Ein­spritzvor­gangs und da­mit zu einer erhöhten Verkokungs­nei­gung führt.

Ziele

In diesem Projekt sollen die Mechanismen der Belagbildung in den Einspritz­dü­sen untersucht und der Einfluss der maßgeblichen Parameter im Hinblick auf eine Beschleunigung bzw. Verzögerung der Verkokung analysiert werden. Diese Parameter sind die Temperaturver-hältnisse im Ein­spritz­be­reich, die Par­tikelkonzentrationen im Brennraum, die Kraftstoffzu-sammensetzung sowie die Geometrie der Ein­spritz­­dü­sen.

Arbeitsprogramm

Das Projekt gliedert sich in einen experimentellen und numerischen Teil. Am VKA der RWTH Aa­chen werden an einem aufgeladenen Nfz-Dieselmotor mit PLD-Einspritzsystem  Test- bzw. Ver­ko­kungs­­zyk­len durchgeführt und der Einfluss der Verkokung in den Einspritzdüsen auf das Emissi­ons- und Leis­tungs­verhalten des Motors untersucht. Darüber hinaus werden die Ablagerungen in den Ein­­spritz­düsen optisch und chemisch analysiert.

Am Institut für Thermodynamik der UniBw München erfolgt die Thermal- und CFD-Modellierung des Ein­­spritz­vor­­­­­gangs. Dazu werden zunächst ein Thermal- und CFD-Modell des Injektors entwor­fen und die­­se über geeignete Strategien gekoppelt. Die thermischen Verhältnisse im Bereich der In­jektorspitze und des Sacklochs werden eingehend analysiert, eine Parameter­stu­­die bzgl. der Geometrie der Ein­spritz­­düsen sowie der Randbedingungen des Ther­­mal­modells durchgeführt und thermische Effekte bei der Modellierung der Kavitation (temperatur­ab­hän­gi­ger Dampfdruck, Wär­me­­übergang zwischen den Phasen) berücksichtigt. Ziel ist die Ermittlung der lo­ka­len und zeit­li­chen Tem­peraturverteilung an der In­jektorspitze sowie deren Ein­fluss auf den ein­ge­spritz­ten Kraftstoff.