Im Verlauf dieses Projektes soll der Einfluss eines extrem hohen Einspritzdruckes in Kombination mit alternativen Kraftstoffen auf die Gemischbildung, Verbrennung und Emissionsbildung untersucht werden. Durch die Erhöhung des Einspritzdruckes wird eine bessere Zerstäubung und damit verbunden eine Verringerung der Partikelemissionen sowie des spezifischen Kraftstoffverbrauchs erwartet. Die Höchstdruckeinspritzung bis zu 3000 bar soll dabei erstmals unter Verwendung von alternativen Kraftstoffen (Rapsmethylester, Gas-to-Liquid, hydriertes Pflanzenöl) eingesetzt werden um weitere Emissions- und Verbrauchspotenziale herauszuarbeiten. In einem ersten Schritt wurden dazu der Einspritzverlauf und die -menge alternativer Kraftstoffe mit Hilfe eines Einspritzverlaufsindikators untersucht. In der Einspritzkammer, verbunden mit der dazugehörigen optischen Messtechnik, konnte im Anschluss daran die makroskopische und mikroskopische Spraycharakteristik bei der Einspritzung alternativer Kraftstoffe unter sehr hohem Druck erfasst und bewertet werden. Dabei wurden der Topfendurchmesser und die -geschwindigkeit bis zu einem Einspritzdruck von 3000 bar für alternative Dieselkraftstoffe untersucht. Eine weitere Aufgabe besteht im Auffinden notwendiger Zusammenhänge zur Anpassung der Spritzlochgeometrie der Einspritzdüse an das hohe Druckniveau in Verbindung mit dem jeweiligen Kraftstoff. Hierbei konnte mit Hilfe der CFD-Simulation das Strömungsverhalten des Kraftstoffes in einer modellierten Düse bei extrem hohen Einspritzdrücken abgebildet und untersucht werden. An einem Einzylindermotor (Basis 4-Zylinder CR-Motor) konnte schließlich das Potenzial der Höchstdruckeinspritzung in Kombination mit alternativen Dieselkraftstoffen zur Emissions- und Verbrauchsreduzierung an unterschiedlichen Betriebspunkten aufgezeigt werden.
Die laufenden Untersuchungen im Forschungsthema 'Kraftstoffzerstaeubung I' zeigen, dass die laseroptische Streulichtmesstechnik zur Untersuchung von dieselmotorischen Einspritzvorgaengen geeignet ist. Auf einem zu diesem Zweck errichteten Einspritzpruefstand koennen elektronisch gesteuerte Einzelabspritzungen von Dieselkraftstoffen und Schweroelen realisiert werden und die zeitlichen und oertlichen Tropfenstromverteilungen ermittelt werden. Mit Hilfe der vorhandenen laseroptischen Streulichtmesstechnik sollen systematische Untersuchungen zum Einfluss der Einspritzparameter und der Kraftstoffeigenschaften Dichte und Viskositaet auf die Ausbildung der Brennstoffstrahlen durchgefuehrt werden. Die Untersuchungen erfolgen bei Einspritzdruckbedingungen, die fuer Grossdieselmotoren relevant sind. Von der Erweiterung der Kenntnisse ueber den Zerstaeubungsprozess und die Gemischbildung fluessiger Brennstoffe profitieren die Hersteller und Betreiber von Verbrennungsmotoren ebenso wie die Hersteller und Betreiber von Brennkammern und Brenneraggregaten jeglicher Leistungsgroesse, von Grossfeuerungsanlagen bis hin zu Grossgebaeude-, Haushalts- und Standheizungen. Die positiven Auswirkungen auf den Betrieb von Grossdieselmotoren fuehren zur Erhoehung der Wettbewerbschancen der Motorenindustrie.
Bestimmung des Zerstaeubungs- und Verdampfungsverhaltens realer Kraftstoffe (Dieselkraftstoff u Schweroele) bei Variation der Einspritzbedingungen, der Brennraumbedingungen und der Kraftstoffparameter. Messung der Strahlausbreitung (Eindringtiefen, Strahlkegelwinkel, Dampfregionen) mit Hilfe Kurzzeit-CCD-Aufnahmen. Messung von Tropfendurchmesserspektren und -geschwindigkeiten mit Hilfe LDA/Streulichtamplitudenverfahren mit hoher zeitlicher und raeumlicher Aufloesung. Ableitung von Anforderung an Schweroelgemischaufbereitung.
Die Zielsetzung dieses Teilprojektes ist die Erstellung von Programmteilen in einem modularen Rechenprogramm zur Bestimmung der lokalen Gemischzusammensetzung und des lokalen thermodynamischen Zustandes waehrend des Einspritzvorganges in einem Feuerraum. Zusammen mit Submodellen aus den anderen Teilprojekten soll sowohl die Brennstoffstrahlausbreitung und die -verdampfung als auch der Ort der Zuendung sowie Ablauf der Verbrennung und die Schadstoffbildung berechnet werden. Es sind dazu die im vorliegenden Programm (KIVA-II) enthaltenen Modelle sowohl zur Einspritzung und zur turbulenten Partikelbewegung als auch zur Zerstaeubung, Koaleszenz und zur Verdampfung zu analysieren. Des weiteren sind die bestehenden Ansaetze, die fuer motorische Anwendungen entwickelt worden sind, zu optimieren und fuer den Einsatz auf Feuerungsanlagen zu modifizieren, wobei Ergebnisse aus experimentellen Untersuchungen zur Verifikation der genannten Modelle dienen.