Untersuchung der Gemischbildung und Verbrennung bei räumlich getrennter Vor- und Haupteinspritzung (REIN) und Analyse der kombinierten Einspritzstrategie mit der druckmodulierten Einspritzstrategie zur Realisierung einer rußarmen und stickoxidreduzierten Verbrennung bei Dieseldirekteinspritzung.

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Spicher
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 34181193

Dieselmotoren mit Direkteinspritzung zeichnen sich durch einen hohen Prozesswirkungsgrad, verbunden mit geringem Kraftstoffverbrauch aus. Der Hauptnachteil bei Dieselmotoren besteht in den erhöhten Stickoxid- und Partikelemissionen, die heute allein durch innermotorische Maßnahmen nicht vermieden werden können. Deswegen sind zur Erfüllung zukünftiger Abgasnormen komplexe und teure Abgasnachbehandlungssysteme erforderlich. Mit diesen Systemen geht allerdings sehr oft ein nicht unerheblicher Kraftstoffmehrverbrauch einher, der gerade im Hinblick auf die angestrebte Minderung des C02-Ausstoßes kontraproduktiv ist. In neueren Dieselmotoren mit Direkteinspritzung wird der Einspritzvorgang oft in eine Vor- in eine Haupt- und oft auch zusätzlich in eine Nacheinspritzung unterteilt. Mit einer kleinen Kraftstoffmenge, die vor der Hauptmenge in den Brennraum eingespritzt wird, kann das Verbrennungsgeräusch verglichen mit einem Einspritzvorgang ohne Voreinspritzung wesentlich reduziert werden. Der Nachteil einer Voreinspritzung ist, dass es zu einem direkten Kontakt des Kraftstoffes aus der Haupteinspritzung und der durch die Voreinspritzung im Brennraum vorhandenen Flamme kommen kann, der zu erhöhter Rußproduktion führt. Außerdem wird das Luft-Kraftstoffverhältnis für die Haupteinspritzung aufgrund des bereits verbrannten Kraftstoffes aus der Voreinspritzung reduziert, was ebenso zu einer erhöhten Rußproduktion und zu einer geringeren Rußoxidation während der Verbrennung führt.Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll in der nächsten Förderperiode eine neue Einspritzstrategie mit räumlicher Trennung der Vor- und der Haupteinspritzung durch verschiedene Maßnahmen wie Anpassung der Kolbenmuldengeometrie, Einspritzstrahllage, etc. weiter optimiert werden mit dem Ziel, eine nahezu rußfreie Verbrennung zu realisieren, wobei gleichzeitig auch die Stickoxidkonzentration auf einem niedrigen Niveau gehalten werden kann. Eine noch weitere Absenkung der Schadstoffemissionen verspricht zudem eine Kombination der REIN-Strategie mit einer druckmodulierten Einspritzverlaufsformung (DEFO), deren gleichzeitiger Einsatz in Zusammenarbeit mit der TU Dresden für einen Pkw- oder Nfz-Motor in Teilarbeitspaketen dieses Antrags geprüft und umgesetzt werden soll. Die Kombination mit diesem parallel bei der DFG beantragten Forschungsvorhaben verspricht hohes Potenzial, zukünftige Abgasemissionen alleine durch innermotorische Verbesserung der motorischen Verbrennung einzuhalten. In diesem Fall könnte auf eine kosten- und energieintensive Abgasnachbehandlung verzichtet werden.Zum besseren Verständnis der innennotorischen Vorgänge sind weiterführende Arbeiten zur Analyse der Strömung, der Gemischbildung und der Verbrennung mit optischen und numerischen Methoden notwendig.Begleitend dazu soll ein neues Einspritzsystem entwickelt werden, welches die räumliche Trennung der Vor- und Haupteinspritzung in einer Injektoreinheit zulässt. um so dieses Brenn verfahren auch in Serienmotoren einsetzen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen