Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8253
Main Title: Verringerung der dieselmotorischen Rußemissionen durch innovative Düsenlochkonfigurationen
Translated Title: Reduction of diesel engine soot emissions through innovative nozzle hole configurations
Author(s): Hielscher, Klaus
Advisor(s): Baar, Roland
Referee(s): Biet, Clemens
Lechmann, Achim
Wiedemann, Bernd
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: In dieser Arbeit werden Dieseleinspritzdüsen mit einer sehr hohen Spritzlochanzahl untersucht. Durch die hohe Lochanzahl soll die Lufterfassung während der mischungs-kontrollierten Verbrennung erhöht und durch die daraus resultierende magerere Verbrennung die Rußbildung reduziert werden. Durch die Kombination von Emissions- und Kraftstoffverbrauchsmessungen an einem konventionellen Einzylindermotor sowie optische Untersuchungen an einem Transparentmotor wird ein tiefgehendes Verständnis für die Gemischbildungsprozesse im Dieselmotor entwickelt. Es zeigt sich, dass eine Erhöhung der Spritzlochanzahl auf zwölf oder vierzehn zu einem deutlichen Anstieg der Schadstoffemissionen im Vergleich zu einer Düse mit acht Spritzlöchern bei gleichem hydraulischem Durchfluss führt. Die Transparentmotoruntersuchungen zeigen, dass durch die hohe Spritzlochanzahl grundsätzlich eine höhere Lufterfassung während der mischungskontrollierten Verbrennung erreicht wird. Durch die kleineren Spritzlochdurchmesser ist der Sprayimpuls der Düsen jedoch so gering, dass sich aufgrund einer reduzierten Strahl-Wand-Interaktion Nachteile bei der Lufterfassung und Durchmischung im Ausbrand ergeben. Dies wirkt sich nachteilig auf die Rußoxidation aus. Daher wird eine Düse mit zwölf Spritzlöchern entwickelt, welche alternierend kleinere und größere Spritzlöcher auf einem Lochkreis aufweist. Mit dieser 6+6-Lochdüse können die Vorteile einer hohen Spritzlochanzahl genutzt werden, ohne die Wandinteraktion zu sehr abzuschwächen. Die spezifischen Partikelemissionen können so in einem Betriebspunkt der unteren Teillast um durchschnittlich 17 % und in einem Betriebspunkt der mittleren Teillast im Schnitt um 41 % gesenkt werden. Die Verträglichkeit des Brennverfahrens für rückgeführtes Abgas wird dabei gesteigert. In einem Betriebspunkt der oberen Teillast kommt es mit der 6+6-Lochdüse jedoch zu einem Anstieg der Partikelemissionen auf das 3-Fache im Vergleich zur 8-Lochdüse. Maßgeblich für den Emissionsnachteil scheint hier die lange Einspritzdauer zu sein. Dadurch kann es zu einer ungewollten Überlappung der wandnahen Verbrennungsgebiete der kleinen und großen Spritzlöcher kommen. Zudem nimmt die Gefahr eines Überdrallens zu. Mit einer Varinte der 6+6-Lochdüse mit einem vergrößerten Höhenwinkel der kleinen Spritzlöcher werden die Emissionsnachteile reduziert.
In this work, diesel injection nozzles with a very high number of spray holes are investigated. Due to the high number of spray holes the air utilization should be increased during the mixing-controlled combustion. The resulting leaner combustion is supposed to reduce soot formation. With the combination of emission and fuel consumption measurements on a conventional single-cylinder engine and optical investigations on a transparent engine a deeper understanding of the mixture formation processes in diesel engines is developed. It can be seen that increasing the number of spray holes to 12 or 14 results in a significant increase in emissions compared to a nozzle with 8 spray holes and the same hydraulic flow. The transparent engine analyses show that higher air utilization is generally achieved during the mixture-controlled combustion due to the high number of spray holes. However, the smaller spray holes reduce the spray momentum so far that there are disadvantages in the air utilization and mixing in the burnout phase through a reduced jet-wall interaction. This has negative effects on the soot oxidation. Therefore a nozzle with 12 spray holes is developed, in which larger spay holes alternate with smaller spray holes on the same hole circle. With this 6+6-hole nozzle the advantages of a high spray hole number can be utilized without reducing the jet-wall interaction too much. As a result, the specific particulate matter emissions are reduced by an average of 17 % at an operating point of the lower part load, while an average reduction of 41 % at an operating point of the medium part load is achieved. The compatibility of the combustion process for recirculated exhaust gas is thereby increased. At an operating point of the upper part load, however, there is an increase in emissions with the 6+6-hole nozzle. The particulate matter emissions rise to triple of the 8-hole nozzle. Decisive for the disadvantages in emissions seems to be the long injection duration. This can lead to an overlapping of the jets of the smaller and larger spray holes next to the wall. In addition, the risk of over-swirling increases. With a variant of the 6+6-hole nozzle with an increased cone angle of the smaller spray holes the emission disadvantages are reduced
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/9167
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8253
Exam Date: 18-Oct-2018
Issue Date: 2019
Date Available: 21-Mar-2019
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Rußemissionen
Partikelemissionen
Spritzlochdurchmesser
Düsenloch
Düsenlochkonfiguration
unterschiedliche Spritzlochdurchmesser
Lufterfassung
Luftausnutzung
Dieselmotor
particulate emissions
soot emissions
spray hole diameter
air utilization
different spray hole diameter
spray hole configuration
diesel engine
License: http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in Collections:FG Verbrennungskraftmaschinen » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
hielscher_klaus.pdf23.23 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.