Angesichts des Klimawandels, des stetig steigenden Bedarfs an individueller Mobilität und der verbreiteten Nutzung von Dieselfahrzeugen ist die Senkung von Schadstoffemissionen, Verbrauch und CO2 im Dieselmotor von großer Bedeutung. Insbesondere der Senkung der Rohemissionen wird dabei ein großes Potential zugeschrieben. Zur Nutzung dieses Potentials werden Methoden benötigt, die die Wirkzusammenhänge zwischen dem Design von Einspritzsystem und Motor berücksichtigen und nutzbar machen. Die große Variantenvielfalt und Komplexität legen die Nutzung von computergestützte Simulationsmethoden nahe. In dieser Arbeit werden die Wirkzusammenhänge entlang der beteiligten Prozesse anhand einer durchgängigen Simulationsmethode untersucht. Die Simulation wird dabei in zwei Schritten validiert. Gemischbildung, Zündung und Verbrennung werden anhand eines Vergleichs von Hochdruckeinspritzkammer- Experimenten und Simulationen untersucht. Die Simulation von Verbrauch und Schadstoffe wird anschließend mithilfe von Motorprüfstandsergebnissen bewertet. Das Hochdruckeinspritzkammer-Experiment wird in Anlehnung an das Engine Combustion Network (ECN) Spray B [1] durchgeführt. Mithilfe von zwei Kameras werden gleichzeitig Mie-Streulicht, Schlieren und Line of Sight Lichtemissionen aufgenommen. Daraus werden die flüssige Eindringtiefe, die Dampfeindringtiefe, der Zündverzug und die Flammenabhebehöhe bestimmt. Die Simulation baut auf einer bestehenden Toolkette [2, 3, 4] auf, die die Wirkkette vom Injektor bis zum Brennraum abbildet. Die 3D-CFD Spray- und Verbrennungssimulation wird mit AVL FIRE durchgeführt. Aufgrund der vergleichsweise geringen Rechenzeit erfolgt die Modellierung der chemischen Reaktionen mit tabellierter Chemie mit TABKIN FGM als Ansatz. Im Vergleich von Hochdruckeinspritzkammer- Experimenten und Simulationen wird der Bereich von Kammerbedingungen ermittelt, innerhalb dessen die Simulation das Experiment gut abbildet. Zusätzlich werden der Einfluss der Sprayinitialisierung, die Eignung einer Mischung aus n-Dodekan und p-Xylen als Surrogat und das Spray- und Verbbrennungsverhalten bei Mehrfacheinspritzungen untersucht. Die Beobachtungen an der Brennkammer werden für die Einschätzung der Qualität der Simulation von Spraybildung und Zündung für verschiedene Betriebspunkte und Einspritzmuster im Motor herangezogen. Für die Bewertung der Motorsimulation werden Druckkurven und integrale Mengen an Ruß- und Stickoxidemissionen im Vergleich zum Experiment analysiert.

[1] Y. Jung u. a. Assessment of the Ignition and Lift-off Characteristics of a Diesel Spray with a Transient Spreading Angle. In: SAE International Journal of Engines (Sep. 2015). [2] M. Stahl. Experimentelle und numerische Untersuchung des primären Strahlzerfalls von Druckzerstäubern. Diss. TU Darmstadt, 2008. [3] B. Balewski. Experimental Investigation of the influence of Nozzle-Flow Properties on the Primary Spray Breakup. Diss. TU Darmstadt, 2010. [4] F Fischer. Primary breakup model considering the spray core development. Diss. ETH Zürich,2011.