Entwicklung und experimentelle Validierung eines Systems zur optischen Auswertung moderner Diesel-Einspritzsysteme (PDF)

Inhaltsangabe:Einleitung:
Um die Abläufe bei der Gemischbildung und Verbrennung des Kraftstoffs in Dieselmotoren besser untersuchen und verstehen zu können, werden zunehmend optische Verfahren zur Visualisierung angewendet. Speziell für die Analyse von Einspritzdüsen und deren Auswirkungen bei der Vermischung und Verbrennung im Motorraum besteht derzeit großer Forschungsbedarf. Damit diese Vorgänge bestmöglich beobachtet werden können, ist es notwendig den Innenraum eines Dieselmotors optisch zugänglich zu konstruieren. Am Lehrstuhl für Verbrennungsmotoren des Instituts für Automobiltechnik der TU Dresden wurde zu diesem Zweck ein Einzylinder-Transparentmotor, sowie eine Hochdruckkammer entwickelt, welche beide eine Visualisierung der Prozesse des Brennstoffs ermöglichen.
Mit Hilfe der Hochdruckkammer (Abbildung 1.1) können die Druck- und Temperaturverhältnisse im Inneren eines Dieselmotors simuliert und variiert werden. Sie wurde hauptsächlich für die Untersuchung von Einspritzdüsen angefertigt, welche an der Rückwand der Kammer eingesetzt werden. An den beiden Seitenwänden, sowie an der Frontseite befindet sich jeweils ein Fenster, um Ausleuchten der Hochdruckkammer und Aufnehmen des Einspritzvorganges. Die Decke und der Boden der Kammer werden zum Befüllen und Auslassen von Gasen genutzt, um die atmosphärischen Randbedingungen während der Einspritzung zu simulieren. Für die Nachahmung der Verhältnisse im Diesel wird die Hochdruckkammer zunächst mit einem Stickstoff-Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch gefüllt, welches danach gezündet wird. Dadurch werden motornahe Druck- und Temperaturverhältnisse geschaffen. Der Druck und die Temperatur fallen durch Abkühlung wieder ab und bei einem vorher eingestellten Schwellwert (zwischen 1100K und 800K) beginnt die Einspritzung des Kraftstoffs. Da bei der Verbrennung des Gasgemischs jeglicher Sauerstoff aufgebraucht wurde, kann sich der eingespritzte Kraftstoff nicht mehr entzünden und verdampft lediglich.
Zur Analyse der Einspritzung werden mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera mehrere Aufnahmen vom Innenraum der Kammer gemacht, auf denen sowohl die flüssige als auch die gasförmige Phase des verdampfenden Brennstoffs sichtbar gemacht wird. Näheres dazu im folgenden Kapitel Bildentstehung und -aufbau.
Ziel dieser Arbeit ist es, in den Grauwertbildern der Kamera die einzelnen Strahlen des Kraftstoffs zu erkennen und deren Eindringtiefe sowie Volumen zu bestimmen. Dabei sollen die flüssige und die gasförmige [...]