Untersuchungen der mehrphasigen Strömungs- und Kavitationsprozesse in transparenten Einspritzdüsen unter Höchstdruckbedingungen

• Antragsteller: Professor Dr. Friedrich Dinkelacker
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290019181

Insbesondere im Mittel- und Langstreckenverkehr und bei Nutzfahrzeugen wird der Verbrennungsmotor weiterhin eine zentrale Bedeutung für die auf Mobilität basierende Gesellschaft besitzen. Dabei ist die Kraftstoffeinspritzung von zentraler Bedeutung, da hier die Anfangsbedingungen für die nachfolgende Verbrennung und Schadstoffbildung gelegt werden. Dies gilt gerade mit dem Fokus auf das CO2-Einsparungsspotential, der Kraftstoffsparsamkeit und den sinkenden Abgasgrenzwerten. In diesem Forschungsvorhaben geht es um die Entwicklung und Anwendung von Methoden, auch die instationären und dynamischen Strömungsprozesse im Injektor und im Düsennahbereich zu untersuchen. Dies ist nicht nur technologisch sondern auch wissenschaftlich eine extreme Herausforderung, mit Abmaßen moderner Injektoren im Sub-Millimeter-Bereich (Spritzlochdurchmesser von 100 - 200 µm), mit Einspritzdrücken bei Dieselinjektoren von 2000 bar und mehr, mit Mehrphasenprozessen beispielsweise mit Kavitationsbildung im Düsennadelsitz und im Spritzloch und mit sehr transienten Effekten, deren Einflüsse gerade bei der zunehmend eingesetzten Vielfacheinspritzung immer dominanter werden.Am ITV-Hannover konnten in den letzten Jahren in diesem Bereich mit zeitlich und räumlich hochauflösender Messtechnik große Fortschritte erzielt werden. Basierend darauf wird ein Forschungsvorhaben vorgeschlagen, um experimentell die Vorgänge in Dieselinjektoren gezielt dahingehend zu untersuchen, dass für die theoretisch-numerische Modellierung gute Messdaten bereitgestellt werden. Das Vorhaben ist zu 3/4 experimentell und 1/4 numerisch angelegt, da erfahrungsgemäß die sehr enge Verknüpfung zwischen experimentellen Arbeiten und Berechnungsmethoden so zentral ist, dass hier auch im Haus daran gearbeitet werden sollte. Darüber hinaus sollen im Rahmen der internationalen "Engine Combustion Network" (ECN) Initiative ausgewählte Düsen für andere Forschungseinrichtungen zur komplementären Vermessung bereitgestellt werden, und auch die eigenen Messergebnisse für die Modellentwicklung von anderen Arbeitsgruppen veröffentlicht werden. Folgende Fragestellungen und Ziele werden verfolgt:1. Verbesserte Herstellung von transparenten Injektordüsen mit realitätsnahen Bedingungen. Dazu Erhöhung der Bauteilfestigkeit der Transparentdüsen in Realgeometrien zur Untersuchung von sehr hohen Einspritzdrücken > 800 bar mit definierten Randbedingungen. 2. Experimentelle Untersuchungen von Einflussfaktoren an transparenten Injektordüsen mit gezielt einstellbarer Düsennadel. Messungen zur physikalischen Modellierung der Zweiphasenprozesse, besonders hinsichtlich der Kavitationvorgänge. 3. Bereitstellung von ausgewählten Düsengeometrien mit Messdaten für die CFD-Modellentwicklung, beispielsweise im Rahmen des ECN Netzwerkes.4. Modellierung von transienten Strömungsprozessen in Injektoren mittels CFD und Überprüfung von aktuellen CFD-Modellen der Mehrphasenströmung und der Kaviation im Hochdruckbereich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen