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Main Title: Untersuchung von Diesel-Einspritzkonzepten unter Berücksichtigung von zukünftigen Anforderungen
Translated Title: Investigation of diesel injection concepts taking future requirements into account
Author(s): Frank, Karsten Dieter
Advisor(s): Meyer, Henning Jürgen
Tschöke, Helmut
Zeh, Dietmar
Referee(s): Meyer, Henning Jürgen
Tschöke, Helmut
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Um die immer neu gesteckten Ziele der positiven Einflussnahme auf die Steigerung der Leistung, die Reduzierung von Kraftstoffverbrauch, Geräusch- und Schadstoffemissionen zu erreichen, werden höhere Ansprüche an das Diesel-Direkteinspritzsystem gestellt. Dies führt zu einem Spannungsfeld von Kosten, Komplexität und Nutzen zwischen dem Einspritz- und dem Abgasnachbehandlungssystem. Für die zukünftigen Entwicklungen ergeben sich aus den gestellten Zielen abgeleitete neue Anforderungen, die es in der frühen Phase des Produktentstehungsprozesses theoretisch und experimentell zu identifizieren und zu klären gilt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde aus einschlägiger Literatur eine Anforderungsliste für heutige und zukünftige Einspritzsysteme erstellt. Insbesondere wurde die Fokussierung auf die Flexibilität des Einspritzsystems gelegt, um eine frei wählbare Einspritzratenverlaufsformung darstellen zu können. Über experimentelle Versuche konnte deren Flexibilität zur Einspritzratenerzeugung über Nadelsitzdrosselung und Druckmodulation für Pkw-Anwendungen gezeigt werden. Es war festzustellen, dass auch bei Pkw-Anwendungen mit kleinen Spritzlöchern während einer Ratenverlaufsformung „Boot“ mittels Nadelsitzdrosselung Nachteile in der Einspritzstrahlcharakteristik erzeugt werden. Des Weiteren wurden auch die Grenzen von unterschiedlichen Druckmodulationssystemen hinsichtlich ihres Ansprechverhaltens, ihre Effizienz und Flexibilität ersichtlich. Über Strömungssimulationen der Düseninnenströmung konnte eine gezielte positive Einflussnahme durch Geometrievariationen auf die Strömungsführung bei dynamischer Nadelhubbewegung erreicht werden, wodurch ein direkt vergleichbares Niveau mit der Druckmodulation bei einer Ratenverlaufsformung hergestellt werden konnte. Des Weiteren wurde ein aus der Literatur bekanntes Simulationsmodell auf Basis rein thermodynamischer und phänomenologischer Verbrennungsmodellansätzen umgesetzt. Über eine Rückrechnung unter Vorgabe eines idealen Zylinderdruck- bzw. Brennverlaufes konnte eine erste Abschätzung der Einspritzstrategie für ein hochflexibles Einspritzsystem mittels Nadelsitzdrosselung in ausgewählten Betriebspunkten vorhergesagt werden.
In order to achieve the goals of the positive influence on the increase in performance, the reduction of fuel consumption, noise and pollutant emissions, higher demands are placed on the diesel direct injection system. This leads to a conflict of costs, complexity and benefits between the injection systems and the exhaust aftertreatment equipment. For future developments, new requirements are derived from the goals set, which must be identified and clarified theoretically and experimentally in the early phase of the product development process. In the context of this work, a list of requirements for today’s and future injection systems has been compiled from relevant literature. In particular, the focus has been placed on the flexibility of the injection system for the realization of a freely selectable injection rate shaping. With experimental tests their flexibility in injection rate generation via needle seat throttling and pressure modulation for passenger car applications could be shown. It has been detected that also in passenger car applications with small spray holes during injection rate shaping „Boot“ by using the needle seat throttling, disadvantages in the spray jet characteristic are produced. Furthermore, the limitations of different pressure modulation systems with respect to their response, efficiency and flexibility have become apparent. With the help of flow simulations of internal nozzle flows, a targeted positive influence could be achieved by geometry variations on the flow guidance with dynamic needle stroke movement, whereby a directly comparable level with the pressure modulation could be produced during a injection rate shaping profile. Furthermore, a simulation model known from the literature was implemented on the basis of thermodynamic and phenomenological combustion model approaches. By means of a recalculation under specification of an ideal cylinder pressure or combustion curve, a first estimation of an injection strategy for a highly flexible injection system by means of needle seat throttling could be predicted at selected operating points.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/11561
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-10446
Exam Date: 4-Oct-2019
Issue Date: 2020
Date Available: 26-Aug-2020
DDC Class: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Subject(s): Einspritzsystem
Diesel
Einspritzratenverlaufsformung
injection system
common rail
injection rate shaping
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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