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TU Berlin

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Wassereinspritzung in Ottomotoren I

Die Steigerung des Mitteldrucks bei Ottomotoren führt zu einem effizienten Betrieb, der jedoch durch das Risiko irregulärer Verbrennung und hohen Abgastemperaturen limitiert ist. Verbreitete notwendige Maßnahmen zum Bauteilschutz wie die Gemischanreicherung in Bereichen hoher Leistung oder das verhältnismäßig geringe Verdichtungsverhältnis im Teillastbereich stehen dem Bestreben nach einer Senkung von Emissionen und Verbrauch ebenfalls entgegen. Durch den Einsatz von Wassereinspritzung können sowohl die Klopfneigung als auch die Abgastemperatur reduziert werden, was den Schutz der Abgasnachbehandlungskomponenten bei gleichzeitiger Wirkungsgradsteigerung ermöglicht. Im Rahmen des FVV-Projekts 1256 „Wassereinspritzung bei Ottomotoren“ wird der Einfluss der Niederdruck-Wassereinspritzung (NDWE) und Hochdruck-Wassereinspritzung (HDWE) untersucht. Insbesondere die Auswirkungen auf Gemischbildung, Verbrennung und Abgasnachbehandlung werden durch die Vernetzung von Experiment und Simulation analysiert.

Am Fachgebiet Fahrzeugantriebe wurden dazu umfangreiche experimentelle Untersuchungen an Komponentenprüfständen (u.a. PST9) und dem Einzylinder-Ottomotorprüfstand (PST7) durchgeführt. Zunächst wurden Einspritzparameter (wie Injektortyp, Einspritzdruck, -dauer, -zeitpunkt) und deren Einfluss auf den Strahlaufbruch (Eindringtiefe, Spraywinkel, Einspritzrate, Tropfengöße) für Kraftstoff und Wasser analysiert. Anschließend wurden ausgewählte Wassereinspritzkonzepte auf den Einzylinder-Ottomotor übertragen, welcher zusätzlich mit einem optischen Zugang mittels Endoskop ausgestattet worden ist. In dem thermodynamischen Versuchsprogramm wurde der Einfluss der Wassereinspritzung insbesondere auf die Verbrennung (wie irreguläre Verbrennung, Zündverzug, Abgastemperatur) und die Rohemissionen (gasförmige und Partikelemissionen) untersucht. Aus den Einspritz- und Motoruntersuchungen folgten optimierte Konzepte und Strategien für die direkte und indirekte Wassereinspritzung.

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