Untersuchung des Gemischbildungs- und Verbrennungsverhaltens eines DI-Dieselmotors unter teilhomogenen Bedingungen

Sowohl bei der Optimierung bestehender, als auch bei der Entwicklung neuer motorischer Brennverfahren zur Einhaltung zukünftiger Abgasemissionsgrenzwerte ist eine Analyse der aus rein konventioneller Prüfstandsmesstechnik erhaltenen Daten nicht mehr ausreichend und zielführend. Vielmehr ist hier ein deutlich besseres Verständnis für die komplexen innermotorischen Prozesse notwendig, welches, z. B. durch den Einsatz moderner optischer Messtechnik, erarbeitet werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein bereits bestehendes Konzept einer optischen Simultanmesstechnik systematisch ergänzt und weiterentwickelt, um eine lückenlose Analyse der motorischen Wirkkette von Beginn der Einspritzung, über die Gemischbildung und Zündung, bis zum Ende der Verbrennung zu ermöglichen. Hierzu wurden vier unterschiedliche Messmethoden, die jeweils in der Lage sind, einzelne Teilprozesse der Wirkkette unabhängig voneinander darzustellen, kombinativ an einem optisch zugänglichen DI-Dieselmotor appliziert. Zum Einsatz kamen dabei die Mie-Streulichttechnik, die laserinduzierte Fluoreszenz, sowie die Detektion des Flammeneigenleuchtens im ultravioletten und sichtbaren Spektralbereich. Die Funktionalität und das Potential dieser Simultanmesstechnik wurden anschließend anhand einer Parameterstudie überprüft. Der Versuchsträger wurde dabei aber nicht im konventionellen DI-Dieselmodus, sondern teilhomogen betrieben. Hierfür musste sowohl das Einspritzsystem, als auch die Ansaugluftkonditionierung des Motors im Vorfeld entsprechend modifiziert werden. Die Auswahl der Parametervariationen für die Untersuchungen erfolgte letztendlich auf Basis einer ausführlichen Diskussion zu den Einflussgrößen der homogenen Dieselverbrennung. In Kombination mit den am Versuchsträger tatsächlich realisierbaren Variationsmöglichkeiten wurde der Einfluss des Einspritztimings, der Düsengeometrie, der Kraftstoffart, des Ladedrucks, der Ladelufttemperatur und der AGR-Rate auf die innermotorischen Prozesse untersucht. Die aus den Untersuchungen erhaltenen Ergebnisse zeigen eindeutig, dass mit der entwickelten Simultanmesstechnik erfolgreich systematische Unterschiede aufgrund der durchgeführten Parametervariationen im Prozessablauf mit einer hohen zeitlichen und örtlichen Auflösung darstellbar sind. Der dadurch erzielbare Wissensgewinn trägt zu einem besseren Verständnis der innermotorischen Prozesse bei und ermöglicht somit letztendlich die Entwicklung effizienterer und schadstoffärmerer Fahrzeuge.