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. Es 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