Untersuchung der Gemischbildung direkteinspritzender Verbrennungsmotoren mittels planarer laserinduzierter Fluoreszenz an Tracern (Tracer-PLIF)

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Weiterentwicklung von Tracer-PLIF-Messtechniken zur Untersuchung der Gemischbildung direkteinspritzender Verbrennungsmotoren. Der Fokus liegt dabei auf der Erweiterung der Anwendbarkeit der Messtechniken in verdampfenden Kraftstoffsprays unter motorischen Bedingungen. Dazu werden zunächst drei verschiedene Tracer experimentell charakterisiert und kalibriert. Aceton wird für die Untersuchung der Schichtung von Frischluft und AGR sowie der Temperatur im Ottomotor verwendet, da es auf Grund seines niedrigen Siedepunktes gut zur kalten Ansaugluft des Motors zugegeben werden kann und außerdem nur einen geringen Einfluss des Sauerstoffquenchings auf die Signalstärke zeigt. Als Tracer für Ottokraftstoffe wird 3-Pentanon verwendet, da dieses sehr eng in den physikalischen Eigenschaften mit realem Ottokraftstoff übereinstimmt. Für dieselmotorische Untersuchungen wird der Tracer 1-Methylnaphthalin genutzt, da er eine sehr hohe Signalstärke aufweist und in den physikalischen Eigenschaften sehr gut mit dem hier verwendeten fluoreszenzfreien Dieselersatzkraftstoff aus n-Hexadekan und Heptamethylnonan übereinstimmt. Der Einsatz der gewählten Tracer wird an drei verschiedenen Anwendungen demonstriert. Bei der Bestimmung der Verdampfungskühlung eines ottomotorischen Sprays wird eine Variation von Kraftstoff, Einspritzdruck und Gastemperatur auf die lokale Kraftstoffkonzentration und Gemischtemperatur kurz nach Einspritzende untersucht. Im optisch zugänglichen Ottomotor mit Einlasskanalrückführung werden die Temperatur und AGR-Rate während der Ansaug- und Verdichtungsphase lokal bestimmt,. Bei der Messung der Kraftstoffkonzentration von Piloteinspritzungen im optisch zugänglichen Dieselmotor wird der Einfluss von Kraftstoffmasse und Swirlrate auf die Kraftstoffverteilung im Brennraum untersucht, um Aussagen über das Zündverhalten der Haupteinspritzung geben zu können.