Prinzipielles Verhalten eines Einspritzventils

Transkript

1 Massenranspor währen er Hohrkphase I weieren gil es zwishen geishansagenen n irekeinsprizenen Mooren z nersheien. Bei geishansagenen Mooren gil für en Massenransporer in er Hohrkphase: Bei irekeinsprizenen Mooren ensprih ieser er exak er Einsprizng. Das heiß, bei irek einsprizenen Mooren is ieser er ensprehen er Charakerisik er Injekoren nahzbilen. Für einfahe Fälle genüg ein linearer Verlaf, bei einer Mehrfaheinsprizng ss ensprehen e Einsprizerlaf eine Fnkion abgeleie weren. Signal Prinzipielles Verhalen eines Einsprizenils Anz D Abf Zei i i D Anz Abf elekrish orgegeben Einsprizzei Phase innerhalb erer ie physikalishe Einsprizng safine Anzgszei zwishen Beginn er elekrishen. Anseerng n er Einsprizng Abfallzei z Ene er elekrishen Anseerng n e eigenlihen Venilshlss Das obensehene Bil zeig as grnsäzlihe Verhalen on elekrish angeseeren Einsprizenilen. Von er Moorseerng wir ein Rehekipls orgegeben nah e er Injekor öffnen soll, a aber afgrn er Mehanik (Massenräghei) eine Anzgs- n Abfallzei enseh, fine ie eigenlihe Einsprizng i wesenlihen in e rh D gekennzeihneen Zeira sa. Bei sehr genaen Berahngen, bei enen ie Anzgszei in W asgerük reh groß is, kann es eshalb wihig sein, zwishen e elekrishen n e hyralishen Einsprizbeginn z nersheien. Ein weierer Aspek is ie Verapfng es eingesprizen rafsoffes i Zyliner. Die er Zylinerlang enzogene Verapfngsenhalpie wirk wie ein zsäzliher Wäresro er ie ang abkühl. Da sih jeoh er Aggregazsan es rafsoffes on flüssig nah gasförig äner, seig as Volen sark an n as äßers sih bei e konsanen Volen es Brennraes wieer in eine Drkansieg. Es kann soi ereinfahen angenoen weren, ass sih iese beie Effeke näherngsweise afheben n eshalb nih oellier weren üssen. Für besonere Anwenngsfälle kann es jeoh nowenig sein, ie Verapfng i z oellieren. ap. Einsprizng Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz

2 I folgenen wir ein einfaher linearer Einsprizerlaf orasgesez, wie er in er Regel ah orlieg. Darsellng eines linearen Einsprizerhalens EA EE EA EE rbelwinkel Hyralisher Einsprizanfang Hyralishes Einsprizene rafsoffasse gesae, eingesprize rafsoffasse In iese Fall gil für en Graienen es Massenranspores: EE EA Dai gil für ie Masse rafsoff über e rbelwinkel: ( ) ( ) ( ) EA EE EA EA Bei oernen DI-Mooren is iese Berahngsweise allerings nih ehr so einfah öglih, a eine Vor- n eine Hapeinsprizng üblih is. Hier is eine ensprehene, zweisfige Einsprizng in er Moellbilng orzsehen. ap. Einsprizng Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz

3 Dieses Bil zeig, ass z.b. bei en Ppe-Düse Eleenen es DI ie Voreinsprizng grnsäzlih erfolg. Das ieses Verhalen grnsäzlih as Geräshgrünen erwünsh is, zeig as nensehene Bil i e Naelhb n e aras reslierenen Verbrennngsrk i Zyliner. Diese beien Beispiele zeigen ass eine ensprehene Moellierng safinen ss, es is aber ah z erkennen, ass ie lineare Berahngsweise nr af eine zweisfige Darsellng erweier weren ss as Einsprizerhalen rihig abzbilen. Ein weierer nbekanner er is er Graien es ferhälnisses. Hier spiel ie Verapfng es rafsoffes i Zyliner eine reh wihige Rolle, a sih as ferhälnis nr afgrn on Verapfngsorgängen einsellen kann. Dieser Vorgang is gerae bei oernen Direkeinsprizehniken sehr koplex. Das obensehene Bil zeig beispielhaf ie rei ershieenen klassishen Brennerfahren in er DI-Benzinehnik. Es is z erkennen, ass eine sark rälih orieniere Vereilng es ferhälnisses exisieren ss n as soi on eine ileren ferhälnis λ() nih asgegangen weren kann. Vielehr gil λ(x,y,z,, wan, gas ) n ie einiensionale Berahngsweise erforer eine sinnolle Vereinfahng es an sih sehr koplexen Vorganges. ap. Einsprizng Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 3

4 Dieses Bil zeig ie reale Verbrennng eines irek einsprizenen Benzinoors. Es is z erkennen, as ie zor beshriebene ferhälnisereilng asählih exisier n as eine physikalish rihige Moellierng nr i Hilfe eines ollsänigen reiiensionalen Verfahrens öglih is. U ennoh en Graienen es ferhälnisses berüksihigen z können, wir eine ireke opplng on Massenranspor n ferhälnis rhgeführ. In iese Fall wir aon asgegangen, ass ie Verapfng es rafsoffes nielbar währen er Einsprizng safine. Für en beriebwaren Moor is iese Annahe näherngsweise zreffen, bei kalen Moor ürfe ein berähliher Fehler orliegen. Für as ferhälnis gil folgene Definiion: λ ieser Asrk läss sih i er Masse es rafsoffes erweiern h λ h h λ Dieser Asrk beshreib en Zsaenhang zwishen er rafsoffasse n e ferhälnis in er gewünshen Weise. ap. Einsprizng Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 4

5 Drh Ableien nah e rbelwinkel ergib sih er benöige Zsaenhang. λ rbelwinkel λ ferhälnis söhioerisher fbearf (für Benzin a. 4,6) Masse rafsoff Masse f heoreisher fbearf für eine söhioerishe Verbrennng h Dieser Asrk für en Graienen es ferhälnisses, er i e Graienen es rafsoffes erknüpf is, läss sih in ie Differenzialgleihng für ie Arbeisprozessrehnng einsezen. X α V { H o A ) ω λ λ ( w ) p ( hg } Da asshließlih er Hohrkeil berahe wir er Massengraien nr rh en eingesprizen rafsoff gebile. ekageerlse wren bereis zor per Definiion asgeshlossen. Dai ergeben sih ie beien Geishbilngsere als: er er er ( hg ) λ λ λ Uner Berüksihigng er Vorzeihen gil für ie Arbeisprozessrehnng: er er ( hg ) λ er er ( hg ) λ X α { H o A ω λ V ( w ) p ( hg ) } ap. Einsprizng Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 5

6 ap. Einsprizng Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 6 Der Asrk für en Graienen es ferhälnisses, er i e Graienen es rafsoffes erknüpf is, läss sih ebenfalls in ie Differenzialgleihng für ie Energiesezngsrehnng einsezen. ( ) ( ) λ λ ω α h w A Fk H X g o R p V R V p R Fk Uner Berüksihigng er Vorzeihen gil für ie Energiesezngsrehnng: ( ) h er g λ λ er λ h er er g ) ( Dai gil für en Geishbilngser er er er G λ h er G g ) ( Nah ensprehener Uforng ergib sih er folgene Asrk für ie Energiebilanz i Einsprizng in er Hohphase: ( ) er G w A Fk H X o ω α R p V R V p R Fk λ h er G g ) (

7 Da ie beien Differenzialgleihngen en Zsan es Gasgeishes i Zyliner beshreiben, is nr er erapfe rafsoff z berahen. Bei er Energiesezngsrehnng wir in er Regel er eingesprize rafsoff irek berahe, a ie Aflösng er A/D-Wanler (z.b. Bi) en Effek nih wieergeben kann wie as folgene Bil zeig. In ieser Beispielrehnng wre as ferhälnis in en Grenzen on, bis ariier n ein Asshni as er opressionslinie argesell. Weierhin wre für ie Messbereihe 8 n bar n eine Regiserbreie er A/D-Wanler on Bi ie Größe er Digialisierngssfe argesell. Dieser Afragng is eineig z ennehen, ass er Effek nershielihen ferhälnisses bei er Inizierng ka afzlösen is n as soi ie zor angesprohene, ereinfahe Berahngsweise zlässig is. In en folgenen Bilern soll in eine Berehnngsbeispiel gezeig weren, welhe Aswirkngen er Geishbilngser af ie Arbeisprozessrehnng ha. ap. Einsprizng Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 7

8 In ieser Grafik is er Verlaf es Shlepprkes für innere n äßere Geishbilng argesell. In beien Beispielen wre on eine ienishen Drk- n eperarniea asgegangen, as heiß z Beginn er opression war bei beien Beispielen ie gleihe Masse i Zyliner. Weierhin is ie age er Einsprizng es Direkeinsprizers arkier. A Ene er Markierng is ie Masse i Zyliner es Direkeinsprizers ie eingesprize rafsoffasse angewahsen. Es is z erkennen, ass er Drkerlaf es Beispiels i Direkeinsprizng ab ewa 3 W höher lieg. Diese Differenz ergib sih as er nershielihen Wärekapaziä, being rh ie anere Gasishng. I Spizenrk is ebenfalls ein Unershie z erkennen, er sih afgrn er höheren Masse i Zyliner einsell ap. Einsprizng Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 8

9 In iese Bil is er az passene Verlaf er spezifishen Wärekapaziä z erkennen. A Ene er Einsprizng lafen beie ren wieer übereinaner, a jez gleihes ferhälnis n ai gleihe Gasishng orlieg. Diese Bil is er Verlaf es Verhälnisses er spezifishen Wärekapaziäen χ z ennehen. Es is sehr elih z erkennen, wie sih ieser Wer währen er Einsprizng äner. Hier is nbeing z beahen, ass ie Nllpnkkorrekr nih in e Bereih er Einsprizng safinen arf a ie orrekr as apiel 3 on eine konsanen Polyropenkoeffizienen (κ n) asgeh n orassezngsgeäß ein geshlossenes Syse angesez wir. Diese Beingng is aber währen er Einsprizng eineig erlez ap. Einsprizng Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz 9

10 . I lezen Bil is er Verlaf er Masseneile währen er Verbrennng z erkennen. Hier wir er Unershie rh en Verlaf es rafsoffasseneils noh einal elih, sowie ie ai erbnenen Änerngen an en Masseneilen für f n Abgas. ap. Einsprizng Prof. Dr.-Ing. P.-W. Manz