Beschreibung
Ziel aktueller Forschungsvorhaben ist die Entwicklung effizienter Formulierungsverfahren von alternativen Kraftstoffen sowie effiziente und schadstoffarme Brennungsverfahren der Kraftstoffe. Dabei ist es wichtig, die Syntheseleistung der Natur zu erhalten und somit einen flüssigen Kraftstoff auf einem energieeffizienten Weg zu produzieren. Der Kraftstoff stellt im Gegensatz zu konventionellen Motorenentwicklungskonzepten selbst ein Konstruktionselement dar. Somit wird bei der Entwicklung der Verbrennungsprozesse auch der Kraftstoff selbst verändert und für seine Aufgaben optimiert. Kraftstoffeinspritzsysteme stellen ein hydraulisches System dar, bei dem zunächst der Kraftstoff auf ein erhöhtes Druckniveau gebracht und anschließend über Einspritzdüsen im Verbrennungsraum zerstäubt wird. Stand der Technik sind bei Dieselmotoren Common Rail Systeme, die Spitzendrücke um 2000 bar erreichen. Auch die Einspritzung der neu entwickelten Kraftstoffe soll über ein Common Rail System erfolgen. Die hydraulischen und tribologischen Eigenschaften der neuen Kraftstoffe unterscheiden sich dabei von konventionellem Dieselkraftstoff und haben somit einen Einfluss auf die Funktionalität und Betriebssicherheit der Einspritzsysteme. Um diese für die neuen Kraftstoffe auslegen zu können, ist es erforderlich, die hydraulischen und tribologischen Eigenschaften der Kraftstoffe in den auftretenden Betriebspunkten zu kennen. Zur Auslegung von hydraulischen Komponenten sind die Stoffeigenschaften des hydraulischen Mediums ein wichtiger Parameter. Speziell die Viskosität und das Kompressionsmodul sind hier von entscheidender Bedeutung. Die Viskosität ist maßgeblich für den Aufbau von hydrodynamischen Schmierfilmen in tribologischen Kontakten, die Leckage durch Spalte sowie die Ausbildung von Strömungsprozessen verantwortlich. Das Kompressionsmodul beeinflusst den Druckaufbau in Verdrängerräumen und ist der maßgebliche Parameter bei der Betrachtung von Pulsation. Da für die neuen Kraftstoffe keine Stoffeigenschaften speziell unter den hohen Einspritzdrücken verfügbar sind, ist es erforderlich die Eigenschaften auf experimentellem Weg zu bestimmen. In dieser Arbeit wird ein Prüfstand zur Vermessung der Viskosität und des Kompressionsmodul unter Druck- und Temperaturvariation, die für Einspritzsysteme relevant sind, entwickelt. Dazu wird zunächst ein Überblick über gängige Messmethoden erstellt und daraus geeignete Messverfahren ausgewählt. Ziel ist es, einen Prüfstand zu entwickeln, in dem beide Zielgrößen bestimmen werden können, um so den gesamten konstruktiven und experimentellen Aufwand zu begrenzen. Weiterhin wird eine Möglichkeit der Abbildung der Stoffeigenschaften abhängig von Druck und Temperatur entwickelt. Dies ist nötig, um die Messdaten auf eine einfache Weise für Simulationen zur Verfügung zu stellen. Anschließend wird die Genauigkeit der entwickelten Messverfahren und Abbildungsverfahren abgeschätzt. Nach der Vermessung der relevanten Kraftstoffe werden abschließend die Auswirkungen auf das Einspritzsystem abgeschätzt.