Beim Ansaugen von Kraftstoff, der sich nahe am Siedezustand befindet, kann dieser in der Pumpkammer teilweise ausgasen. Dadurch wird die Fördermengenstabilität beeinträchtigt, was bei einem neuartigen Kraftstoffeinspritzsystem für Motorräder unter ungünstigen Voraussetzungen zu erhöhten Schadstoffemissionen bis hin zu Motoraussetzern führt. Um dies zu vermeiden, muss die Kraftstofftemperatur in der Pumpkammer stets hinreichend weit unterhalb der Siedetemperatur bleiben. In dieser Arbeit wurden kostengünstig umsetzbare Prozesse erarbeitet, mit welchen der Kraftstoff vor dem Ansaugen rückgekühlt wird. Dafür wurde ein neuartiges, verlässliches Modell zur Beschreibung des Ausgasungsverhaltens mehrkomponentiger Kraftstoffe unter Beteiligung darin gelöster Luft entwickelt. Die Wirksamkeit der Rückkühlprozesse wurde durch Simulation und Versuche nachgewiesen. Kraftstoffpumpen können aufgrund dieser Maßnahmen unter extremen Betriebsbedingungen zuverlässig eingesetzt werden. Das neuartige, direkt auf gemessene Siedeverläufe und Dampfdruckkurven beruhende Kraftstoffmodell zeichnet sich durch einen geringen Berechnungsaufwand und eine hohe Realitätstreue aus. Es beschreibt explizit den Zusammenhang zwischen ausgegaster Kraftstoffmasse und dem dadurch reduzierten Dampfdruck des entmischten Kraftstoffs. Etablierte Modelle, welche den Dampfdruck über eine Molmassenverteilung beschreiben, sind demgegenüber an die veränderliche Zusammensetzung des ausgasungsbedingt entmischten Kraftstoffs anzupassen. Hier zeichnen sich kontinuierliche Modelle mit vereinfachter Verteilungsfunktion durch einen geringeren Berechnungsaufwand gegenüber einem diskreten Modell aus, geben eine realistische Molmassenverteilung jedoch nur mit eingeschränkter Genauigkeit wieder. Zur Beschreibung der Gasbildung in Kraftstoffpumpen ist jedoch die hohe Präzision des neuen Modells von Vorteil. Über den Zusammenhang zwischen ausgegaster Kraftstoffmasse und Dampfdruck kann mit dem neuen Modell auf die reale Molmassenverteilung in der Flüssig- und in der Gasphase geschlossen werden, weshalb es für Fragestellungen zu Tropfenverdunstungsprozessen, Zündung, Verbrennung und Schadstoffbildung erweiterbar ist. Die Analyse gemessener Fördermengencharakteristika von Kraftstoffpumpen mittels des neuen Modells führte auf gezielte Prozesse zum Rückkühlen des Kraftstoffs vor dem Ansaugen. Nachdem der Kraftstoff am elektrischen Antrieb der Pumpe erwärmt wurde und sich seine Siedetemperatur infolge ausgegaster, leichtflüchtiger Bestandteile erhöht hat, wird er durch den kälteren, aus dem Tank stammenden Kraftstoff rückgekühlt. Hierbei ist eine Vermischung weniger wirksam als die Wärmeabfuhr in den kälteren Kraftstoff mittels eines Wärmeübertragers. Ein weiterer Prozess basiert auf dem Beimischen von Luft und dadurch verdunstungsbedingter Abkühlung des Kraftstoffs. Geringste Mengen von außen zugeführter Luft kühlen den Kraftstoff soweit ab, dass die Pumpkammer gasfrei ist.
Minimierung der Gasbildung in Kraftstoffpumpen von Ottomotoren durch Rückkühlung
2010
114 Seiten, Bilder, Tabellen, 30 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Minimierung der Gasbildung in Kraftstoffpumpen von Ottomotoren durch Rückkühlung
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