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Verbrennung

Mit der vorhandenen wissenschaftlichen Expertise und Laborausstattung können wir Ihnen Dienstleistungen vor allem in folgenden Bereichen anbieten:

  • Analyse des Zünd- und Verbrennungsprozesses bei modernen Zündmechanismen
  • Charakterisierung passiv-gütegeschalteter Laserzündsysteme
  • Plasmaspektroskopie im Gas oder am Feststoff
  • Spray- und Verbrennungsanalyse neuartiger Kraftstoffe
  • Gemischbildungsanalyse bei Diesel- und Benzininjektoren
  • Ramanspektroskopie zur Analyse von Gas- und Flüssigkeitszusammensetzungen
  • Temperaturabhängige Bestimmung von Viskosität, Oberflächenspannung und Dichte
  • Laserinduzierte (Exciplex) Fluoreszenz-Spektroskopie (LIF/LIEF)
  • Strömungsanalyse mittels PIV, OFM
  • Messung der Partikelgrößenverteilung in Abgasen und Umgebungsluft
  • Partikel-Analyse
SpraykammerEinklappen

In der optisch zugänglichen Spraykammer wird die Sprayausbreitung von unterschiedlichen Kraftstoffen und Injektoren unter motorähnlichen Bedingungen untersucht. Durch den Einsatz verschiedener beheizbarer Bodenplatten lassen sich zudem Spray-Wand-Wechselwirkungen analysieren. Die Ergebnisse liefern grundlegende Erkenntnisse über das Gemischbildungsverhalten in Verbrennungsmotoren.

BrennkammerEinklappen

Für Gemischbildungs-, Zünd- und Verbrennungsexperimente steht eine optisch zugängliche Brennkammer mit konstantem Volumen zur Verfügung. Fünf optische Zugänge, verschiedene Injektoren, Zündkerzen und neuartige Zündsysteme sowie die Möglichkeit zur Gas-Einblasung mit unterschiedlichem Drall bieten hohe Flexibilität.

Schnelle KompressionsmaschineEinklappen

In einer optisch zugänglichen schnellen Kompressionsmaschine (engl: Rapid Compression Machine, kurz: RCM) wird neben hohen Temperaturen und Drücken ebenfalls die Kompression eines Verbrennungsmotors nachgestellt. Somit kann der Verbrennungstakt eines Motors realistisch nachgebildet werden. Der Einsatz der RCM ermöglicht die Variation vieler wichtiger motorischer Parameter wie die Variation des Hubes, des Kompressionsverhältnisses als auch des Turbulenzniveaus im Brennraum. Zusätzlich zu den Motorparametern kann die RCM mit verschiedenen Kraftstoffen und Brennverfahren betrieben werden.

Optisch zugänglicher Einzylinder-DieselmotorEinklappen

Untersuchungen zur Einspritzung, Gemischbildung, Verbrennung und Emissionsverhalten von fossilen und alternativen Dieselkraftstoffen werden am Einzylinder-Dieselmotor durchgeführt. Der Kurbeltrieb wird über einen Elektromotor geschleppt im sogenannten „Skip-Fire“-Modus betrieben. Der Zylinderkopf, die Zylinderwände und der Kolben sind beheizbar. Zwei Seitenfenster und ein Kolben aus Quarzglas gewährleisten die optische Zugänglichkeit in den Brennraum. Piezoresistive Druckaufnehmer sind zur Durchführung von Druckverlaufsanalysen im Brennraumdach angebracht.

Prüfstand für VollmotorenEinklappen

Für Untersuchungen an Vollmotoren steht ein Prüfstand mit einer wassergekühlten Wirbelstrombremse zur Verfügung. Der Prüfstand eignet sich sowohl für Otto- als auch Dieselmotoren. Für Mess- und Verstellaufgaben stehen INCA-Werkzeuge sowie verschiedene Messmodule von der ETAS GmbH zur Erfassung von Drücken, Temperaturen und Lambda-Werten sowie zur Ermittlung von NOx- und Partikelemissionen zur Verfügung. Zudem ermöglicht ein Hochdruck-Indiziersystem die thermodynamische Prozessanalyse. Weiterhin ist die Prüfstandsperipherie auch für den Betrieb der Motoren mit Sonder- und Alternativkraftstoffen, wie z.B. Biodiesel oder Fischer-Tropsch-Kraftstoffe, ausgelegt.

Verbrennungsprozesse_AusstattungMotorprüfstand

SchnellveraschungssystemEinklappen

Zur schnellen Alterung und Aschebeladung von Abgasnachbehandlungskomponenten steht ein System zur Verfügung, das in seinen Hauptbestandteilen aus einem Universalölbrenner GUPO20 der Firma Giersch Enertech GmbH und einer Brennkammer besteht. Bei dem Ölbrenner handelt es sich um einen Gelbbrenner, der sich für Kraftstoffe mit höherer Viskosität eignet. Die Brennkammer besteht aus hochtemperaturbeständigem Edelstahl. Massendurchflussregler ermöglichen die Einstellung der Massenströme von Luft und Brennstoff zur Voreinstellung verschiedener Verbrennungsluftverhältnisse.

AerosolgeneratorEinklappen

Das Funktionsprinzip des Mini-CAST (Jing Aerosol) beruht auf der Verbrennung von Propan (C3H8) in einer Diffusionsflamme und dem anschließenden Löschen mit Stickstoff, um den Partikelbildungsprozess in einem frühen Stadium einzufrieren. Durch diverse Einstellungsmöglichkeiten können die bei der Verbrennung entstehenden Partikel hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Morphologie variiert werden. Da sich die Möglichkeit ergibt, kontaminationsfreie und trockene Rußproben mit reproduzierbaren physikalischen und chemischen Eigenschaften zu erzeugen, eignet sich der Aerosolgenerator ebenfalls für grundlegende Untersuchungen und zur Kalibrierung der Messtechniken.

Ausgewählte Publikationen

Geiger, M., Schroeder, L., Zoellner, C., Brueggemann, D. et al.:
Optical Evaluation of Directly Injected Methane Using a Newly Developed Highly Repetitive Laser Diagnostics System, SAE Technical Paper 2019-24-0134, 2019,
https://doi.org/10.4271/2019-24-0134


W. Mühlbauer:
Analyse der Gemischbildung, der Verbrennung und der Partikelemissionen von alternativen Dieselkraftstoffen mit optischen und analytischen Messmethoden. Dissertation, LTTT, Universität Bayreuth, 2017, Band 28 der Reihe: D. Brüggemann (Hrsg.): Thermodynamik - Energie, Umwelt, Technik.
ISBN 978-3-8325-4516-1, Logos-Verlag, Berlin, 2017


M. Bärwinkel, S. Lorenz, R. Stäglich, D. Brüggemann:
Influence of focal point properties on energy transfer and plasma evolution during laser ignition process with a passively q-switched laser. Optics Express, vol. 24, Issue 14, pp. 15189-15203,
doi:10.1364/OE.24.015189, 11 July 2016


S. Lorenz:
Impulskettenzündung mit passiv gütegeschalteten Laserzündkerzen unter motorischen Bedingungen. Dissertation, LTTT, Universität Bayreuth, 2016, Band 26 der Reihe: D. Brüggemann (Hrsg.): Thermodynamik - Energie, Umwelt, Technik.
ISBN 978-3-8325-4235-1, Logos-Verlag, Berlin, 2016


S. Lorenz, M. Bärwinkel, R. Stäglich, W. Mühlbauer, D. Brüggemann:
Pulse train ignition with passively Q-switched laser spark plugs. International Journal of Engine Research, vol. 17, Issue 1, pp. 139-150,
doi:10.1177/1468087415597629, January 2016


S. Lorenz, M. Bärwinkel, P. Heinz, S. Lehmann, W. Mühlbauer, D. Brüggemann:
Characterization of energy transfer for passively Q-switched laser ignition. Optics Express, vol. 23, Issue 2, pp. 2647-2659,
doi:10.1364/OE.23.002647, January 2015

Impulskettenzündung mit passiv gütegeschalteten Laserzündkerzen unter motorischen BedingungenEinklappen
Laufzeit06/2014 - 01/2020
FinanzierungDeutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
AnsprechpartnerLukas Schröder, M. Sc.

Inhalt/Ziele:
Bei der Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren kommen neben den Konzepten der Abmagerung und des Downsizing auch neue Brennverfahren zum Einsatz. Die Direkteinspritzung des Kraftstoffes ist bei Benzinmotoren inzwischen Stand der Technik. Hierdurch kann der Motor ohne größere zyklische Schwankungen stark abgemagert und seine Leistungsdichte erhöht werden. Durch die Direkteinspritzung treten allerdings höhere Rußpartikel-Emissionen auf, wodurch die Kosten und die Komplexität der Abgasnachbehandlungskomponenten steigen. Erdgas stellt im Hinblick auf die Direkteinbringung des Kraftstoffes in den Brennraum eine vielversprechende Alternative dar. Seine hohe Klopffestigkeit ermöglicht hohe Verdichtungsverhältnisse. Des Weiteren zeigen Studien, dass durch den Einsatz von Erdgas die Emissionen gesenkt werden können. Durch das niedrige C/H-Verhältnis im Vergleich zu Benzin sind zudem CO2-Einsparungen von bis zu 25 % möglich.Im bisherigen Projekt wurde geklärt, wie sich eine Impulsketten-Laserzündung auf den Zündverlauf auswirkt. Bei diesen Untersuchungen wurde der Energieübertrag vom Laser in das Plasma, die Flammenkernbildung sowie die Flammenausbreitung betrachtet. Darauf aufbauend wurde der Einfluss von erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten und erhöhten Dichten auf den Zündverlauf nach Impulskettenzündung untersucht. Die Experimente wurden mit vorgemischten und homogenen Methan/Luft-Gemischen durchgeführt. Die Untersuchungen haben unter anderem gezeigt, dass bei der Zündung eines strömenden Methan/Luft-Gemisches in einer Brennkammer mit Hilfe einer Laserzündkerze statt einer konventionellen Funkenzündkerze die Zündgrenze zu magereren Gemischen und größeren Strömungsgeschwindigkeiten erweitert werden kann. Des Weiteren führt die Laser-Impulskettenzündung bei einem mageren Gemisch zu einer effektiveren Verbrennung im Vergleich zur Einzelimpuls-Laserzündung und zur Funkenzündung.Im Fortsetzungsvorhaben sollen die Untersuchungen von der Zündung vorgemischter Methan/Luft-Gemische erstmals auf die passiv gütegeschaltete Laserzündung von direkteingeblasenem Methan im Schichtladebetrieb erweitert werden. Die Direkteinblasung während der Kompression ermöglicht eine deutlich höhere Abmagerung ohne einen starken Anstieg der zyklischen Schwankungen. Die Impulskettenzündung mit passiv gütegeschalteten Laserzündkerzen stellt in diesem Zusammenhang ein großes Potential dar. Das Absetzen von Impulsketten neben dem Gas-Freistrahl ermöglicht eine Vergrößerung des anfänglichen Flammenkerns und kann so eine sichere Entflammung begünstigen. Die Laserzündung ermöglicht zudem, dass ein optimaler Zündort auch fernab der Brennraumwand gewählt werden kann.

Neuartiges Highspeed-LIF-Lasermesssystem zur Erfassung zeit- und ortsaufgeloester innermotorischer ProzesseEinklappen
Laufzeit 08/2016 - 07/2019
Finanzierung Bayerische Forschungsstiftung (BFS)
Ansprechpartner Mirko Geiger, M. Sc.

Inhalt/Ziele:
Zur Einhaltung zukünftiger, strengerer Abgasnormen und durch die zunehmende Belastung, zum Beispiel in Ballungsgebieten, durch sehr hohe Emissionswerte steht die Entwicklung motorischer Brennverfahren weiterhin vor der Herausforderung den Treibstoffverbrauch, sowie die Schadstoffemissionen zu reduzieren und den Verbrennungsprozess effektiver zu gestalten. Durch die Analyse von Zyklus-zu-Zyklus-Schwankungen und innermotorische Verbrennungsuntersuchungen im transienten Motorbetrieb erhofft man sich neue Erkenntnisse über mögliche Verbesserungen.Hierzu sind hochrepetierenden LIF-Messsystemen (Laserinduzierte Fluoreszenz) gut geeignet. Diese sind jedoch gerade für kleine und mittelständische Unternehmen, die ihre Produkte durch die immer strengere Gesetzgebung besser auslegen müssen, meist zu teuer. Ein günstiger Preis, ein hoher Grad an Automatisierung, intuitive und vielfältige Anwendung sowie die Produzierbarkeit quantitativer Ergebnisse sind demnach wichtige Anforderungen an bestehende und neue Messsysteme dieser Art.Innerhalb des Forschungsvorhabens wird ein preisgünstiges hochrepetierendes LIF-Messsystem entwickelt, das einen neuartigen Pulslaser beinhaltet. Dieser kann mehrere aufeinanderfolgende Impulse hoher Energie und Strahlqualität emittieren, die unter anderem durch eine intelligente thermische Laststabilisierung frei triggerbar werden. Damit wird sich ein erheblicher qualitativer und quantitativer Fortschritt bei Untersuchungen von stationären und transienten Abläufen ergeben. Zur quantitativen Analyse von LIF-Bewegungsfeldern, sowie Zyklus-zu-Zyklus-Schwankungen und Lambdaverteilungen wird dieses Messsystem am LTTT zunächst installiert, charakterisiert und kalibriert. Anhand verschiedener optisch zugänglicher Versuchsträger, wie beispielsweise einer Brennkammer, einer schnellen Kompressionsmaschine oder einem Einzylinder-Dieselmotor werden das Lasersystem, die Ansteuerung und die Auswertesoftware im Projektverlauf parallel entwickelt und zeitgleich am LTTT im Praxiseinsatz erprobt. Mit Hilfe der Experimente am Lehrstuhl werden zudem aktuelle Fragen der Verbrennungstechnik bezüglich der Gemischbildung bei (alternativen) flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen bearbeitet. Der Einsatz der erweiterten LIEF-Methode (Laserinduzierte Exciplex Fluoreszenz) bietet zu diesen Fragestellungen zudem die Möglichkeit Gas- und Flüssigphase simultan mit nur einem Versuchsaufbau zeit- und ortsaufgelöst abzubilden und das Gemischbildungsverhalten flüssiger Kraftstoffe im transienten Betrieb zu analysieren. Aus den gewonnenen Erkenntnissen lassen sich zusätzlich Rückschlüsse für weitere vielfältige Anwendungsgebiete des flexibel gestalteten LI(E)F-Messsystems ziehen.

Ramanspektroskopische Untersuchungen der Nachschleppphase in Tropfenketten und Sprays bei der Verdampfung von MultikomponentenkraftstoffenEinklappen
Laufzeit 04/2015 - 03/2018
Finanzierung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Ansprechpartner Thomas Hillenbrand, M. Sc.

Inhalt/Ziele:
Vor dem Hintergrund eines stetig steigenden globalen Energiebedarfs, weiter zunehmenden Emissionen klimawirksamer Spurengase sowie endlicher fossiler Energiereserven gewinnen nachwachsende Energieträger als zukunftsfähige Option vor allem auch im Verkehrsbereich an Bedeutung. Zwar sind biogene Mischkraftstoffe wie Biodiesel oder Bioethanol bereits etabliert und weltweit im Einsatz, doch soll dieses Angebot durch „maßgeschneiderte“ Kraftstoffe künftig erweitert werden. Um neue Kraftstoffe in Verbrennungsmotoren effektiv einsetzen zu können, bedarf es einer möglichst umfassenden Kenntnis der einzelnen Prozesse in der motorischen Wirkkette. Hierbei spielt die Gemischbildung eine zentrale Rolle.Das Verdunstungs- und Verdampfungsverhalten der Kraftstoffkomponenten hat einen entscheidenden Einfluss auf die Gemischbildung. Abhängig von Einspritzzeitpunkt und Kraftstoffzusammensetzung beeinflussen die sich einstellenden lokalen Gemischbedingungen sowohl die Zündung als auch die Verbrennungsführung. Untersuchungen und Optimierungen der Verdampfung von Gemischkomponenten stützen sich zumeist auf Modellsimulationen, die es jedoch zu validieren gilt.Ziel des vorliegenden Projektes ist es, die Zusammensetzung der Nachschleppphase von Kraftstoffeinzeltropfen und -tropfenketten sowie den Übergang der einzelnen Komponenten in die Gasphase zu analysieren. Hierfür wird ein hochauflösender Raman-Spektroskopie-Aufbau eingesetzt, welcher mit einem schnellem Triggersystem zur exakten Zeit- und Ortsauflösung erweitert ist. Zur Unterscheidung der einzelnen Komponenten werden die erzeugten Raman-Signale der CH3- und CH2-Valenzschwingungen mit einer intensitätsverstärkten Kamera aufgezeichnet und über den Kamerachip integriert.Um eine Beeinflussung durch Luftturbulenzen zu vermeiden, werden die Messungen in einer optisch zugänglichen Kammer durchgeführt. Zur Nachbildung biogener Mischkraftstoffe werden Mischungen aus Alkanen und Ethanol eingesetzt. Mittels Tropfengenerator werden Tropfen mit Durchmessern unter 100 µm erzeugt. Mit dem vorgesehenen Aufbau ist es möglich, Einflüsse intrinsischer und extrinsischer Änderungen zu untersuchen, indem z.B. Tropfentemperatur oder Tropfenabstand variiert werden. Hierdurch können Einflüsse der Temperaturgradienten zur Umgebung und der Verdampfung der Vorgängertropfen analysiert werden. Durch zeitliche Variation der Laseransteuerung lässt sich die Nachschleppphase entlang der Tropfenfallrichtung eindimensional auswerten.Die zu gewinnenden Messergebnisse können letztlich zur Validierung numerischer Modelle herangezogen werden.

Erweiterung und experimentelle Validierung eines Modells der kontinuierlichen Thermodynamik zur numerischen Simulation der Verdampfung mehrkomponentiger KraftstofftropfenEinklappen
Laufzeit04/2009 - 03/2014
FinanzierungDeutsche Förderungsgemeinschaft (DFG)
AnsprechpartnerDipl.-Ing. Christian Zöllner


Ergebnisse:
Ziel des Projektes war die Validierung eines am Lehrstuhl erweiterten Modells der kontinuierlichen Thermodynamik zur numerischen Simulation der Verdampfung mehrkomponentiger Kraftstofftropfen. Dazu wurden Untersuchungen zur Durchmesserabnahme sowie zur Änderung der Zusammensetzung von E85 (85 Vol.-% Ethanol mit 15 Vol.-% Super) durchgeführt. Die Messungen wurden im Projekt mit verschiedenen Tropfengeneratoren umgesetzt. Mittels optischer Aufnahmen, Wiegemessungen und Gaschromatographie wurden Daten über ein weites Parameterfeld an Durchmessern und Umgebungstemperaturen gewonnen. Dafür wurde zunächst die Stabilität der erzeugten Tropfen(ketten) mit Hilfe eines Schatten/Schlierenaufbaus überprüft. Im Rahmen des Projektes wurde dieser dann um eine Mikroskopoptik in Verbindung mit einer Hochgeschwindigkeitskinematographie erweitert.

Die Durchmesser- und Geschwindigkeitsbestimmung erfolgte reproduzierbar mit Hilfe eines automatisierten Auswertealgorithmus. Abbildung 1 zeigt beispielhaft einen Vergleich von verschiedenen experimentell bestimmten Daten mit der aus der Simulation berechneten Durchmesserabnahmen für E85-Tropfen. In einem Anfangsdurchmesserbereich von 40 - 60 µm konnte die notwendige Berücksichtigung einer endlichen Wärmeleitfähigkeit im diffusionsbegrenzten Modell experimentell bestätigt werden. Auch die Zusammensetzungsbestimmung mittels Gaschromatographie zeigte über die aufnehmbare Fallstrecke eine sehr gute Übereinstimmung mit der aus dem Modell vorhergesagten Abnahme des Benzinanteils der E85-Tropfen (vgl. Abbildung 2). Insgesamt wurden die numerischen Vorhersagen mit der entwickelten experimentellen Messtechnik sehr gut validiert.

Verdampfung_Kraftstofftropfen1
Abb. 1: Vergleich der experimentell bestimmten und berechneten Durchmesserabnahmen von E85-Tropfen

Verdampfung_Kraftstofftropfen2
Abb. 2. Vergleich der berechneten und gemessenen Änderung des Benzinanteils von E85-Tropfen über die Fallzeit

Optical Flow Analyse innermotorischer ProzesseEinklappen
Laufzeit01/2011 - 02/2013
FinanzierungBayerische Forschungsstiftung (BFS)
ProjektpartnerGoldlücke Ingenieursleistungen, Erlangen
AnsprechpartnerDipl.-Ing. Christian Zöllner


Ergebnisse:
In diesem Projekt wurde eine einfache Methode zur Bestimmung der Geschwindigkeitsfelder bei der Sprayausbreitung weiterentwickelt und auf die Flammenausbreitung übertragen. Diese Methode basiert auf der Analyse des optischen Flusses und wurde bereits in einem BFS Vorgängerprojekt (AZ 796-07) erprobt. Bei einer Spraybeleuchtung in Verbindung mit einer High-Speed-Kamera lassen sich die Geschwindigkeitsfelder während des gesamten Einspritzvorgangs und der beginnenden Verbrennung mit nur einer einzigen Messung bestimmen. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn bei dynamischen Strömungen wie der Spray- oder turbulenten Flammenausbreitung zyklische Schwankungen zu identifizieren sind. Bei dem Prinzip der sogenannten „Optical Flow Methode“ (OFM) werden sich bewegende Helligkeitsmuster analysiert. Daher ist die Detektion einzelner Partikel nicht nötig, wodurch die Methode ein Potential für die Analyse dichter Sprays und Flammen aufweist.

Um die OFM durch methodische Weiterentwicklung zu einem optimalen Auswerteverfahren zu überführen und deren Praktikabilität zu testen, wurde sie im ersten Abschnitt dieses Projektes mit dem Standardmessverfahren Particle Image Velocimetry (PIV) qualitativ und quantitativ erfolgreich validiert. Dazu wurde die OFM zunächst auf Lichtschnitt- und Schatten-Highspeed-Aufnahmen eines BDI-Sprays angewandt und mit einer simultan durchgeführten PIV-Messung verglichen (Abbildung 1). Am Beispiel des turbulenten Geschwindigkeitsfeldes der Spraystrukturen konnte demonstriert werden, dass sich große Bildsequenzen mit einer sehr hohen zeitlichen Auflösung und mit nur einer einzigen Messung analysieren lassen. Mit den gewonnenen Erkenntnissen aus der Sprayanalyse konnte die OFM anschließend auf die Analyse der Flammenausbreitung bei magerer Verbrennung angewandt werden. Hierfür wurde ein strahlgeführtes Brennverfahren der ottomotorischen Verbrennung gewählt. Es konnte gezeigt werden, dass eine Kombination der Spray- und Flammenanalyse mit OFM möglich ist (Abbildung 2), experimentell allerdings eine gute Abstimmung von Lichtquellenstärke, Kameraeinstellungen und Objektivwahl auf die Spraydichte und die Intensität des Flammenleuchtens voraussetzt. Um die bei der Strömungsfeldanalyse oft auftretende Beobachtungslücke zwischen Zündung und sichtbarem Flammenleuchten zu schließen, wurde die OFM über das eigentliche Projektziel hinaus auf hochaufgelöste OFM-Schlieren-Kombinationen angewandt.

2011_01_Optical_Flow_Analyse_Abb01
2011_01_Optical_Flow_Analyse_Abb02
Beeinflussung der Flammenausbreitung durch laserinduzierte Mehrfachzündungen bei motorrelevanten BedingungenEinklappen
Laufzeit04/2009 - 03/2014
FinanzierungDeutsche Förderungsgemeinschaft (DFG)
AnsprechpartnerDipl.-Ing. Christian Zöllner


Ergebnisse:
Ziel des Forschungsvorhabens war die Untersuchung der Einflussmöglichkeiten einer Mehrfachzündung zündfähiger Gasgemische auf den Brennverlauf. Die Laserzündung gasförmiger Kraftstoff/Luft-Gemische wurde in einer optisch zugänglichen Brennkammer mittels Schlierenaufnahmen und Druckverlaufsanalyse untersucht. Die Laserzündung wurde anhand des nicht-resonanten Durchbruchs mit einem gütegeschalteten, frequenzverdoppelten Nd:YAG-Laser durch Pulse im Nanosekundenbereich bei einer Wellenlänge von 532 nm erreicht. Die Zündung erfolgte gleichzeitig an getrennten Orten. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass der Brennverlauf durch Mehrfachzündungen positiv beeinflusst werden kann. Eine Verkürzung der Abbranddauer stellt eine vollständige Verbrennung während des Arbeitstaktes auch bei sehr mageren Gemischen sicher. Die Druckkurve einer Zweifachzündung mit ihrem steileren Druckanstieg und einem höheren Druckmaximum entspricht der Druckkurve einer Einfachzündung bei einem fetteren Gemisch. Bei der Verbrennung von Wasserstoff ergibt sich im Vergleich zu Methan ein höheres Druckmaximum zu einem früheren Zeitpunkt. Dies resultiert in einer kürzeren Brenndauer und einer höheren Verbrennungstemperatur. Beide Gemische zeigen die gleichen Tendenzen. Die Brenndauer nimmt zu mageren Gemischen hinzu. Dabei nimmt das Druckmaximum ab und findet zu einem späteren Zeitpunkt statt. Dies führt zu geringeren Verbrennungstemperaturen und einer niedrigeren Wärmefreisetzung. Das Maximum der Wärmefreisetzungsrate wird zum Zeitpunkt des steilsten Druckgradienten erreicht. Zu mageren Gemischen hin fällt auch dieses Maximum ab und die Halbwertsbreite nimmt zu. Mögliche zukünftige Arbeiten könnten sich mit der Untersuchung der Einsetzbarkeit der Laserzündung bei innerer Gemischbildung, also inhomogenen Gemischzuständen, beschäftigen. Dabei läge in diesem Fall der Fokus auf einer zur Laserzündung simultanen Bestimmung der Luftzahl über zusätzliche optische Messtechniken um Aussagen über Zuverlässigkeit und Zündaussetzer dieser Zündmethode treffen zu können. Des Weiteren ist eine Ausweitung der Untersuchungen auf reale Brennstoffe, wie Erdgase verschiedener Zusammensetzungen oder auch Biogas denkbar. Da es sich im Speziellen bei Gasen aus Biomassevergärung um Brennstoffe mit niedrigem Methananteil und dementsprechend niedrigem Brennwert handelt, wären hier neue Untersuchungen zum Zündbereich und der Entflammbarkeit durch Laserpulse nötig. Zusätzlich zur bereits erfolgten Variation der räumlichen Fokuslage bei der Zweifachzündung wäre auch eine zeitliche Variation der beiden Laserpulse interessant.

 

Die Forschung an Verbrennungsprozessen umfasst die ganzheitliche Betrachtung der dabei auftretenden Prozesse. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Analyse und Optimierung der gesamten motorischen Wirkkette und beinhaltet die einzelnen Schritte von der Einspritzung, der Sprayausbreitung und Tropfenverdampfung, der Gemischbildung, der eigentlichen Verbrennung bis zur Schadstoffbildung. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Forschungsinhalte sind alternative Zündsysteme, wie die Laserzündung. Für die umfangreichen Untersuchungen stehen eine Reihe an Aufbauten und Prüfständen zur Verfügung, an denen die komplexen Einzelschritte der Verbrennung mit analytischen und optischen Methoden betrachtet werden.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Christian Zöllner