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Fahrzeugtechnik
(2002)
Nach einer kurzen systemtechnischen Einführung in die Problematik der Antriebe der Räderfahrzeuge, insbesondere hinsichtlich des Energiewandlungs-prozesses, werden kurz die Grundlagen der Antriebs-technik dargestellt. Es folgt eine aus-führliche Darstellung des Standes der Technik der Antriebsstränge sowohl der straßen- als auch der schienengebundenen Fahrzeuge. Dabei stellt die Entwicklung der Verbrennungsmotoren einen Schwerpunkt dar, insbesondere wegen der Bedeutung dieses Energiewandlers für die Räderfahrzeuge. Aus dieser Gesamtdarstellung der heutigen Antriebstechnik werden die aus Sicht der Autoren notwendigen Entwicklungsziele für zukünftige Antriebe abgeleitet.
In diesem Paper wird eine Versuchsvorrichtung für sehr detaillierte qualitative und quantitative Untersuchungen des Einspritzvorganges im Ölbad, wie auch unter Luftatmosphäre, dargestellt. Eine Erhöhung der Dichte des Umgebungsmediums führte zu tendenziell größeren Jetkegelwinkeln und zu erheblich kürzeren Jetlängen. Das Zusammen-spiel zwischen Jet und poröser Struktur (PM) ist in der vorliegenden Arbeit näher untersucht worden. Die Entwicklung des Free Jet im Ölbad und unter Luftatmosphäre wurde auch unter dem Aspekt der „Zyklus-zu-Zyklus“ Schwankungen untersucht. Die Versuche zum Wandaufprall des Dieseljets brachten neue Versuchsergebnisse hervor. Es konnte beobachtet werden, wie sich beim Wandaufprall des Jets im Ölbad aus einer zunächst runden Aufprallzone ein dreieckiger Wandjet bildete. Bei näherer Untersuchung wurden als Einflussgrößen für die Bildung des Dreiecks die Wandaufprallgeschwindigkeit und die Zeit nach Wandaufprall identifiziert. Die Versuche des Jet-Aufpralls auf eine poröse Struktur wurde in verschiedenen Konfigurationen durchgeführt. Es konnte hierbei gezeigt werden, dass die Prozesse mit zunehmendem Abstand des PM vom Düsenausgang und mit steigender Dichte des umgebenden Mediums z.T. erheblich verzögert und in ihrer Ausdehnung gehemmt werden. Eine erhebliche Bremswirkung der porösen Struktur auf den Jet konnte festgestellt werden.
Basic aspects of a high velocity Diesel jet interaction with small cylindrical obstacles are presented in the paper. The phenomenon discussed in the paper lies between cylinder overflow and jet impingement on to solid wall. Especially the effect of high velocity Diesel jet “destruction” and its distribution in space are investigated in the paper. As shown, the dominant role in this process plays a fist obstacle: its diameter, distance from the nozzle outlet and injection pressure play a dominant role in characterization of the jet distribution in space. The jet spatial distribution bases on a multi-jet model. By Diesel jet impingement on a single obstacle with smaller diameter the distribution angle decreases with increasing injection pressure. For bigger obstacle the angle separating both jets increases being almost independent of the injection pressure. This angle does not change with time after impingement process, however decreases with increasing distance between nozzle and the obstacle. For Diesel jet impingement on more than single obstacle, the jet distribution depends on the obstacle geometrical configuration but not necessarily on the number of obstacles. As shown in the paper quite similar distribution has been obtained for three and eight obstacles configurations. Presented phenomenological model explains this observation. There is possible to design such configuration of small obstacles which permit very good charge homogenization in defined space (combustion chamber).
The paper describes application of a highly porous open cell structures to internal combustion engines for supporting mixture formation and combustion processes. Porous structures, materials and their properties for engine application are discussed in this paper. Especially application to a high temperature combustion processes are considered. Novel concepts for internal combustion engines based on the application of porous medium technology are presented and discussed. The main attention is focused on the engine concepts having potential for homogeneous (nerly emissions free) combustion process under variable engine operational conditions. It is shown that porous media can be used for a great variety of improvements in the combustion process. The key role for NOx reduction and soot emission ellimination is a homogeneous combustion in engine. This can be realised by homogeneous mixture formation, and a 3D ignition preventing from formation of a flame front having a temperature gradient a in the entire combustion volume. All these processes: gas flow, fuel injection and its spatial distribution, vaporization, mixture homogenization, ignition and combustion can be controlled or positively influenced with the help of porous media/ceramic reactors.
In this report the author proposes strategy for development of intelligent combustion systems with a goal to approach a near-zero emission internal combustion engine operating in a wide range of speeds and loads. Main requirement for future I.C. engine is to develop a system permitting homogeneous combustion process (minimum of engine emissions) under all operational conditions. The author suggests, that none existing individual combustion system may satisfy these conditions. However, combination of different individual combustion modes in a one system may permit homogeneous combustion in a wider range of loads. Such combination of individual systems having potential for a homogeneous combustion and operating in different ranges of engine loads is here defined as an intelligent engine. In order to make this strategy practicable a new concept for mixture formation (MDI-Mixture Direct Injection) and homogeneous combustion based on the Porous Medium (PM)- technology is proposed in this paper. This is probably first publication indicating possibility of developing of intelligent combustion systems in engines. This paper concentrates on MDI system that may adopt an actual combustion mode realizing in engine (i.e. ignition and combustion conditions) to actual engine operational conditions