Analysis of the jet propagation of hydrogen and helium with PFI- and DI-injectors using BOS = Analyse der Strahlausbreitung von Wasserstoff und Helium bei PFI und Dl-Injektoren mittels BOS (Background Oriented Schlieren)

Im Gegensatz zu flüssigen Kraftstoffen können farblose Gase nicht einfach mit einer Kamera sichtbar gemacht werden. Zu diesem Zweck wird das „Background Oriented Schlieren-Verfahren angewendet. Die Strahlbilder können für die Validierung von CFD Modellen der Gaseinblasung, den Test von Injektorkomponenten sowie die Analyse von Gemischbildung im Bezug auf Strahlwinkel, Strahlform und Eindringgeschwindigkeit genutzt werden.
In der Praxis wird oft Helium anstelle von Wasserstoff für Strahlausbreitungsversuche benutzt, da Helium nicht brennbar ist, weniger Sicherheitsvorkehrungen bei der Versuchsdurchführung getroffen werden müssen und die Stoffe eine ähnliche Dichte besitzen. ... mehrEs stellt sich die Frage, ob Helium bei der Nutzung von „Background Oriented Schlieren“ tatsächlich ein zu Wasserstoff vergleichbares Strahlbild erzeugt. Dazu wird in dieser Arbeit die Strahlausbreitung beider Stoffe mit einem Saugrohr- und Direkteinblasinjektor im Hinblick auf die Eindringgeschwindigkeit und die Strahlfläche analysiert. Der Direkteinblasinjektor wird mit Strahlkappe und freier Düse verwendet. Die Injektoren sind in einer Druckkammer verbaut, um Gegendrücke ähnlich einer Anwendung im Bereich der Saugrohr- oder Niederdruckdirekteinblasung darzustellen. Allgemein lässt sich für die untersuchten Injektoren sagen, dass die Strahlausbreitung für beide Stoffe sehr ähnlich ist und keine großen Unterschiede gemessen werden können. Beim Saugrohrventil sowie dem nach außen öffnenden Direkteinblasinjektor mit Strahlkappe sind die Abweichungen zwischen Wasserstoff und Helium gering. In Einzelfällen gibt es bei Nutzung des Direkteinblasinjektors mit freier Düse sichtbare Unterschiede zwischen Helium und Wasserstoff bei hohen Kammer- und Einblasedrücken.

In contrast to liquid fuels, colourless gases cannot simply be made visible with a camera. For this purpose, the "Background Oriented Schlieren" method is applied. The jet images can be used to validate CFD models of gas injection, test injector components and analyse mixture formation regarding jet angle, jet shape and penetration velocity. In practice, helium is often used instead of hydrogen for jet propagation experiments, because helium is not flammable, fewer safety precautions have to be taken during the experiments and the substances have a similar density. ... mehrThe question now arises as to whether helium actually produces a jet image comparable to hydrogen when using a "Background Oriented Schlieren" setup. For this purpose, this paper analyses the jet propagation of both substances with a port fuel injection injector and a direct injection injector with regard to the penetration velocity and the jet surface. The direct injection injector is used with a jet cap and free nozzle. The injectors are installed in a pressure chamber in order to be able to generate counter pressures similar to a port fuel- or low pressure direct injection application. In general, it can be stated for the injectors examined that the jet dispersion is very similar for both substances and no major differences can be measured. For the port fuel injection injector as well as the outward opening nozzle of the direct injector with jet cap, the deviations between hydrogen and helium are small. In individual cases using the direct injection injector with free nozzle there are visible differences between helium and hydrogen for high chamber and injection pressures.