Optische Untersuchung der Zündvorgänge und deren Auswirkung auf die Verbrennung in PKW-Motoren

Der steigende globale Energiebedarf und die schrumpfenden fossilen Ressourcen erfordern sowohl eine Effizienzsteigerung der Energieumwandlung als auch regenerative Energiequellen. Weiterhin werden die gesetzlichen Grenzwerte für die Hauptschadstoffe, d. h. Rußpartikel, Stickoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid, weltweit immer weiter verschärft. Diese Dissertation diskutiert fünf eigene Studien, die einen Beitrag zum Verständnis über den Einfluss der Gemischbildung und Zündung von konventionellen und alternativen Kraftstoffen auf den Motorbetrieb und/oder die Schadstoffemissionen unterschiedlicher Brennverfahren leisten. In Bezug auf das Dieselbrennverfahren werden drei Studien diskutiert, in denen die Gemischbildung und das Zündverhalten von konventionellem Dieselkraftstoff und alternativen Kraftstoffen in Hinblick auf Schadstoffemissionen mit optischen Methoden untersucht werden. Angewandt werden simultane OH*-Chemilumineszenz- und Rußeigenleuchtenmessungen mit zwei Hochgeschwindigkeitskameras sowie Messungen der lokalen Kraftstoffkonzentration mittels laserinduzierter Fluoreszenz von sog. Tracern. Im Wesentlichen zeigen die Ergebnisse den Einfluss der Kraftstoffeigenschaften, insbesondere der Cetanzahl und Flüchtigkeit, auf die Gemischbildung, Zündung, Verbrennung, Rußbildung und Abgasemissionen. Mit langen Zündverzugszeiten kann die Rußbildungsneigung eines maßgeschneiderten Kraftstoffes (BLT, Butyllävulinat/ Tetradekan) vollständig unterbunden werden. Die Verbrennung von BLT ist in erstaunlichem Umfang unabhängig von der Zylinderinnenströmung. Außerdem wird die Gemischbildung eines weiteren alternativen Kraftstoffes (1-Oktanol) umfangreich mit planarer Tracer-LIF (laserinduzierter Fluoreszenz) charakterisiert. Zwei Studien über den Ursprung von Vorentflammungen im hoch aufgeladenen Ottomotor mit alternativen Kraftstoffen und den Einfluss einer Voreinspritzung in die Zwischenkompression eines selbstzündenden Ottomotors werden ebenfalls vorgestellt.