Analyse von Brennraumströmung, Gemischbildung und Verbrennung am Transparentmotor mit Benzindirekteinspritzung und strahlgeführtem Brennverfahren

In der vorliegenden Arbeit werden an einem Transparentmotor mit Benzindirekteinspritzung und strahlgeführtem Brennverfahren die motorischen Vorgänge Brennraumströmung, Gemischbildung und Flammenausbreitung untersucht. Unter Einsatz innovativer laser- optischer Messtechniken werden Methoden zur Analyse der motorischen Prozesse entwickelt. Anhand dieser Methoden wird eine Bewertung von Parametereinflüssen vorgenommen. Ziel ist einen Beitrag zum Verständnis der Motorprozesse zu leisten, um zukünftige Motoren zielgerichtet hinsichtlich Verbrauch, Emissionen und Leistung optimieren zu können. Mit der Hochgeschwindigkeits Particle Image Velocimetry (TRPIV) wird der Einfluß von Motordrehzahl und Ladungsbewegung auf den Strömungsverlauf in der Kompressionsphase detailliert analysiert. Die Charakteristika der Tumble-Strömung unterscheiden sich dabei stark von denen der Neutral- und Drallströmung. Anhand der mit der TRPIV generierten großen Datenbasis werden zyklische Schwankungen der Brennraumströmung bewertet. Um zukünftig in Motoren quantitative Gemischbildungs-untersuchungen mit der Laserinduzierten Fluoreszenz (UF) durchführen zu können, werden in einer umfangreichen Studie die Fluoreszenzspektren der UFTracer 3-Pentanon, Toluol und Diacetyl in der Kompressionsphase des Motors untersucht. Zudem wird die Anwendbarkeit der Zweifarben-Thermometrie zur flächenhaften Gastemperaturmessung im Motor bewertet. Der in der Literatur vorgeschlagene UF-Tracer Toluol erweist sich dabei als zu wenig sensitiv. In dieser Arbeit wird ein neuer LIF-Tracer vorgeschlagen, welcher eine signifikant höhere Temperatursensitivität besitzt. Mit diesem Tracer besitzt die Zweifarben-Thermometrie großes Potential zur Bestimmung von Temperaturfeldern in Motoren. Der Einfluß der Ladungsbewegung auf die Flammenausbreitung wird mittels Hochgeschwindig-keitsmesstechniken untersucht. Anhand der Chemilumineszenz des OH-Radikals werden große Unterschiede der Flammenausbreitung in Abhängigkeit der Ladungsbewegung beobachtet. Mit einem innovativen Hochgeschwindigkeits-Farbstofflasersystem wird die Flamme mittels planarer Laserinduzierter Fluoreszenz (PUF) des OH-Radikals charakterisiert. Aufenthaltsort und Zerklüftung der Flammenkontur unterscheiden sich in Abhängigkeit der Ladungsbewegungen deutlich. Die Ergebnisse der Analyse von Brennraumströmung und Flammenausbreitung korrelieren sehr gut miteinander und mit Größen der zyklusaufgelösten Druckverlaufsanalyse.