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Über dieses Buch

Johannes Ernst erklärt durch eine Validierung der Strahlimpulsmesstechnik anhand von Parameterstudien, Vergleichen mit alternativen Messtechniken und Simulationen die auftretenden Phänomene und formuliert geeignete Maßnahmen zur Eliminierung bzw. Kompensation der Effekte, die eine Messung beeinflussen. Obwohl das Messprinzip zur Strahlimpulsanalyse trivial erscheint, zeigen sich bei früheren Auswertungen von Messwerten unerwartete Phänomene, die die Interpretation der Daten erschweren. Die Optimierungsansätze ermöglichen nun in der Anwendung eine deutliche Verbesserung der Qualität der Strahlimpulsmesswerte.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Obwohl die Bevölkerungszahlen in den westlichen Ländern stagnieren, wird die Weltbevölkerung nach den Prognosen der UNO-Bevölkerungsabteilung bis zum Jahre 2050 um fast 40% auf 9,5 Milliarden ansteigen [Deu10]. Im Hinblick auf das Bedürfnis des Menschen nach individueller Mobilität wird die Zunahme der Bevölkerungszahlen vor Allem in den Schwellenländern auch ein gesteigertes Individualverkehrsaufkommen nach sich ziehen.

Johannes Ernst

2. Motivation und Zielsetzung

Neben den optischen und den hydraulischen Messverfahren ist die Strahlkraftmessung als mechanisches Verfahren in der Untersuchung von Dieseleinspritzstrahlen relativ weit verbreitet. Obwohl die Technologie seit einigen Jahren angewandt wird, wird in der Literatur verhältnismäßig wenig darüber berichtet. Die ersten Veröffentlichungen zu der Thematik stammen aus der Mitte des letzten Jahrhunderts [HY56], die mit den heutigen Aufbauten allerdings wenig gemein haben. In den neueren Veröffentlichungen ab der Jahrtausendwende wurden einige Themen beleuchtet, die Vorgänge im einzelnen sind aber bis heute nicht verstanden.

Johannes Ernst

3. Grundlagen des Strahlzerfalls

Die Mechanismen, die beim Austritt eines Fluids aus einer Düse dazu führen, dass die kontinuierliche flüssige Phase in einen Nebel aus fein dispersen Tropfen zerfällt, werden unter den Begriff

Zerstäubung

zusammengefasst. Die Zerstäubung wird im Wesentlichen durch das Kräftegleichgewicht aus Oberflächenspannung des Fluids und inneren, bzw. äußeren Kräften bestimmt.

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4. Sprayanalyse – Stand der Technik

Für die Entwicklung von künftigen Einspritzsystemen und die Weiterentwicklung von bestehenden Brennverfahren ist die Kenntnis der genauen Zusammenhänge von Einspritzstrahleigenschaften und der Verbrennung unabdingbar. In der Literatur sind eine Vielzahl von Messtechniken beschrieben, die bestimmte Eigenschaften der Einspritzsysteme quantifizierbar machen und so einen Beitrag zum Gesamtverständnis leisten können. Im Folgenden ist eine Auswahl der Messtechniken weitester Verbreitung beschrieben.

Johannes Ernst

5. Messsystem

Zur Messung der Strahlkraft wird bei der Daimler AG ein Prüfstand eingesetzt, der nach speziellen Vorgaben für diese Anwendung als Prototyp konstruiert und gefertigt wurde. Neben der eigentlichen Messeinrichtung werden zum Betrieb eine Vielzahl an Peripherie- und Sicherheitseinrichtungen eingesetzt, die im Folgenden beschrieben werden.

Johannes Ernst

6. Validierung der Messtechnik

In den wenigen Veröffentlichungen zur Messung der Strahlkraft werden die Ergebnisse von Messkampagnen vorgestellt, die die Messtechnik im Sinne einer Kollektivmeinung als validiert voraussetzen, bisher wurden jedoch keine Untersuchungen zur Tauglichkeit des Messprinzips für die Messzwecke veröffentlicht. Die Tatsache, dass der Messaufbau einen Prototypen darstellt und keine Erfahrungswerte über die Richtigkeit der Messergebisse vorliegen, macht eine Abschätzung der Validität der Messwerte erforderlich. In den folgenden Kapiteln wird die Validierung in mehreren Schritten beschrieben.

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7. Anwendung der Messtechnik

Aus den Messwerten der Gesamtimpulsmessung kann, wie in Kapitel 4.1.4 beschrieben, der Massenfluss durch das jeweils vermessene Düsenloch bestimmt werden. Die Berechnung ist allerdings nur dann korrekt, wenn die Bedingung erfüllt ist, dass der effektive Düsenquerschnitt gleich groß ist wie der geometrische Querschnitt. Bei den heutigen Einspritzdüsen für die Dieselanwendung werden hohe Konizitäten erreicht und der Düseneinlauf hydroerosiv verrundet. Zusammen mit der turbulenten Strömung durch die hohen Einspritzdrücke ist diese Bedingung im stationären Bereich der Einspritzung i.d.R. erfüllt.

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8. Ergebnis und Fazit

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einer Messtechnik zur Bestimmung des Strahlimpulsflusses von Einspritzstrahlen. Obwohl der Impulsfluss eine zentrale Größe bei der Ausbreitung und dem Zerfall von Einspritzstrahlen darstellt, ist über entsprechende Messtechniken zur Bestimmung dieser Größe wenig veröffentlicht. Ziel dieser Arbeit ist, einen entsprechenden Aufbau zur Messung der Strahlkraft so zu entwickeln, dass aus den Messwerten der Strahlimpulsfluss bestimmt werden kann, um damit einen Beitrag zur Bewertung von Einspritzdüsen zu liefern.

Johannes Ernst

Backmatter

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