SIMULATION EINER BENZIN- HOCHDRUCKEINSPRITZUNG

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1 SIMULATION EINER BENZIN- HOCHDRUCKEINSPRITZUNG

2 AGENDA Überblick Einspritzsystem 1.0l EcoBoost Hochdruckpumpe HDP5 Hochdruck-Einspritzventil HDEV5 Gesamtsystemmodellierung Frequenzabhängige Rohrreibung Modelltransfer Zusammenfassung Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

3 ÜBERBLICK EINSPRITZSYSTEM 1.0L ECOBOOST

4 ÜBERBLICK EINSPRITZSYSTEM 1.0L ECOBOOST Bosch Benzin- Hochdruckeinspritzsystem Pumpe HDP5 Einspritzventil HDEV5 Verteilerleiste (Rail) Zuführungsleitung Modellierung mittels Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

5 ÜBERBLICK EINSPRITZSYSTEM 1.0L ECOBOOST Bosch Benzin- Hochdruckeinspritzsystem Pumpe HDP5 Einspritzventil HDEV5 Verteilerleiste (Rail) Zuführungsleitung Modellierung mittels Fokus auf Druckplusationen im Rail Unerwünschte Injektoröffnung Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

6 HOCHDRUCKPUMPE HDP5

7 BOSCH HDP5 Membran Überdruckventil Bedarfsregelventil Hochdruckventil Kolben Kolbendichtung Bedarfsregelungsprinzip Kolbenfeder Tank Tank Tank Rail Rail Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

8 BOSCH HDP5 Umsetzung in Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

9 HOCHDRUCK- EINSPRITZVENTIL HDEV5

10 BOSCH HDEV5 Ventilnadel Anker Stoppring Anschluss Ventilbohrungen Filter Einlass Ventilsitz Spule Feder Einstellhülse Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

11 BOSCH HDEV5 hydraulisch mechanisch Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

12 GESAMTSYSTEM- MODELLIERUNG

13 GESAMTSYSTEMMODELL 1.0L ECOBOOST Pumpensubmodell Rohre mit frequenzabhängiger Reibung Zylinderdruck Regelung Injektorsubmodelle Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

14 FREQUENZABHÄNGIGE ROHRREIBUNG Niedrige Frequenz low frequency R 1 R 1 R 10 R 10 Hohe Frequenz high frequency p x f static friction 8 v 2 R t =0 t = /4 t = /2 t =3 /4 t = t=0 t= /4 t= /2 t=3 /4 t= Geschw. 4 2 R t t 0 1 W dynamic friction ' d v t t t 1 t 1 dt 1 v pf : pressureloss x : dynamic vis cosity R : radius v : flow speed W ' d Höhere Schubspannung higher shear stress Höherer Druckverlust und Dämpfung higher pressure loss and damping : dampingfactor Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

15 ERGEBNISSE 1.0L ECOBOOST

16 VERGLEICH SIMULATION UND MESSUNG Simulation Messung n = 5500 min -1 p = 160 bar Gute Übereinstimmung zwischen gemessenem und simuliertem Druckverlauf am Drucksensor Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

17 RISIKO EINES UNERWÜNSCHTEN INJEKTORÖFFNENS Simulation n = /min p = 160 bar Sicherheitsabstand: Δp = 150 bar dp im Nadelsitz Zylinderdruck Raildruck Nadelsitz Injektor öffnet bei Δp = -80 bar Kein Risiko eines unerwünschten Injektoröffnens aufgrund von Druckschwankungen Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

18 MODELLTRANSFER

19 AUFBAU EINES NEUEN MODELLS AUS VORHANDENEN KOMPONENTEN 1.0l EcoBoost 1.6l EcoBoost Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

20 UMSETZUNG IN DSHplus Pumpe HDP5 Zuführungsleitung Drucksensor Rail Injektor HDEV5 Regelung Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

21 ERGEBNISSE 1.6L ECOBOOST

22 VERGLEICH SIMULATION UND MESSUNG ΔKW meas ~ ΔKW sim Messausreißer N = /min 1 Einspritzung ΔKW = 14 Messfehler (Spulenaufladung) ΔKW meas ~ ΔKW sim N = /min 3 Einspritzungen ΔKW 1 = 4.2 ΔKW 2 = 4.2 ΔKW 3 = 5.6 Gute Übereinstimmung zwischen Messung und Simulation bei verschiedenen Betriebsmodi Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

23 VERGLEICH ZWISCHEN RAIL- UND NADELSITZDRUCK 150 [bar] p sitz N = /min 1 Einspritzung ΔKW = 14 p rail Zeit / ms Bos chhdev4 Vol1.Druck 130 bis 150 bar C51.p 130 bis 150 bar Wesentlich stärkere Schwankungen am Sitz als im Rail Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

24 Massenstrom [g/s] Massenstrom [g/s] OPTIMIERUNG DER DRUCKSCHWANKUNGEN AM NADELSITZ p seat original p rail injection (same injector) Drossel d = 0.6 mm 11 original Inj1 11 Drossel d = 0.6 mm Inj [mg] 8 Eingespritze Masse original d0.6mm inj1 inj2 inj3 Deutliche Verminderung der Druckschwankungen durch Einsatz einer Drossel, bei nur geringem Einfluss auf die eingespritze Kraftstoffmasse Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

25 ZUSAMMENFASSUNG

26 ZUSAMMENFASSUNG Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung Pumpe HDP5 Simulationmodell Bedarfsregelungsmodell Injektor HDEV 5 Hydraulisches Simulationsmodell Mechanisches Modell für die Nadelaktuierung Modell des kompletten Hochdrucksystems Gesamtmodell mit Submodellen Frequenzabhängige Rohrreibung Analyse von Druckschwankungen Modelltransfer Transfer der Submodelle in ein Vierzylinder-Modell Optimierung der Druckschwankungen am Nadelsitz Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung

27 Florian Huth Simulation einer Benzin-Hochdruckeinspritzung VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!

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