Vorgänge im Millisekunden-Bereich: Wie optimiert man in Motoren die Einspritztechnik?

Es geht um Vorgänge, die sich im Mikrometerbereich abspielen. Der zerstäubte Diesel wird durch die Einspritzdüsen in den durch Kompression mit erhitztem Sauerstoff gefüllten Zylinder gepresst. „Die Löcher der Einspritzdüsen haben einen Durchmesser von nur 100 Mikrometern“, sagt Noureddine Guerrassi, was ungefähr dem Durchmesser eines menschlichen Haares entspreche. Um den Treibstoff zu zerstäuben, benötige man extrem kleine Öffnungen. Entsprechend hoch sei deshalb auch der Druck, erklärt er. Mit bis zu 2500 Bar werde bei normalen Fahrzeugen der Treibstoff in den Brennraum gejagt. 

Permanente Optimierung soll Effizienz erhöhen und Schadstoffausstoß verringern

Mit dem bloßen Auge ist dieser Vorgang, der sich unter der Motorhaube abspielt, nicht zu erkennen. Nicht nur aufgrund des winzigen Durchmessers der Einspritzdüsen, sondern auch wegen der Geschwindigkeit. „Der Einspritzvorgang dauert weniger als eine Millisekunde“, erklärt Guerrassi. Er ist Chefingenieur der Abteilung für fortschrittliche Einspritz- und Verbrennungstechnik bei Delphi Technologies Luxembourg. Das Unternehmen gehört weltweit zu den führenden Autozulieferern.

Zu den Fahrzeugbauteilen, die bei Delphi Technologies entwickelt und produziert werden, gehören beispielsweise Einspritzanlagen und Motorsteuerungsgeräte für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor genauso aber auch Teile für Hybrid- und Elektroautos. Ziel von Guerrassi und dessen Kollegen ist es, bei jeder dieser Antriebsarten die Effizienz zu erhöhen. Und im Fall der Verbrennungsmotoren geht es vor allem auch darum, den Schadstoffausstoß so gering wie möglich zu halten. Aus diesem Grund wird auch die Einspritztechnik permanent optimiert. 

Einspritzvorgänge werden mit Hilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen analysiert 

Beim Einspritzvorgang wird Kraftstoff in den Zylinder eingeführt, sofort nachdem die Luft im Zylinder komprimiert wurde und sich stark erhitzt hat. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet sich, es entsteht eine Flamme. Durch den dabei entstehenden Druck wird der Kolben nach unten gedrückt. „Uns interessiert die Frage, wie wir aus dieser Flamme das Maximum herausholen können“, sagt der Ingenieur. Aus diesem Grund wird der Vorgang im Labor an einem mit Hochgeschwindigkeitskameras ausgerüsteten Ein-Zylinder-Motor untersucht. Mit diesen Kameras können bis zu einer Million Bilder pro Sekunde aufgenommen werden. Zum Vergleich: Die Aufnahmegeschwindigkeit analoger Filmkameras für Kinofilme liegt bei 24 Bildern pro Sekunde.         

„Bei der Diesel- und Benzineinspritzung können wir also ganz genau untersuchen, wie sich der zerstäubte Kraftstoff in der Brennkammer verteilt und wie sich die Flamme entwickelt“, erklärt Guerrassi. Die Auswertung dieser Untersuchungen diene dazu, die Leistungsdichte des Motors stetig zu erhöhen und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu reduzieren.

Guerrassi: Moderne Motoren erfüllen problemlos die Abgas-Norm

Aufgrund des Diesel- und Abgasskandals genießen die Dieselaggregate derzeit einen eher schlechten Ruf. Wie Guerrassi erklärt, sei das bei modernen Dieselmotoren aber absolut unbegründet. Zumal die Grenzwerte im September 2017 erneut verschärft worden seien. Jedes Fahrzeug, das seitdem neu zertifiziert wird, muss die Kriterien der Abgasnorm Euro-6d erfüllen. Die Motorkomponenten seien technisch derart ausgereift, dass sie diese Werte auch einhielten, so Guerrassi. Und das nicht nur unter Laborbedingungen, sondern nachweislich auch im Praxisalltag. 

Entscheidend dafür sind nicht zuletzt auch die Vorgänge im Einspritzsystem. Und wie die optische Spray- und Verbrennungsdiagnostik in der Praxis funktioniert, davon kannst Du Dich am 1. Dezember bei den Researchers‘ Days in der Rockhal überzeugen. Denn dort wird der Ingenieur die Vorgänge in den Verbrennungsmotoren demonstrieren.

Mehr dazu erfährst Du am 1. Dezember von 10h30 bis 18h30 in Noureddine Guerrassis Workshop „Optische Spray- und Verbrennungsdiagnostik in Motoren“ – WS24. 

Komm vorbei! Der Eintritt ist frei! 

Autor: Uwe Hentschel 

Fotos: Delphi Technologies

Das detaillierte Programm der Researchers‘ Days findest du auf www.researchersdays.lu . 

Weitere Informationen zum Event unter dem Hashtag #rdlux18 auch bald auf Twitter und Instagram .