In DI-Motoren findet in unmittelbarer Umgebung des Einsprizstrahles eine brennstoffreiche Verbrennung statt, die mit der Bildung und Emission von Ruß einhergeht. Im Hinblick auf die Einhaltung gegenwärtiger und künftiger Abgasnormen, kommt dem Rußemissionsverhalten bei Lastwechseln des Motors besondere Bedeutung zu. Ziel des Projektes ist es, mittels laserdiagnostischer Verfahren die Bildung von Ruß im Brennraum sowie die Rußemission im Abgastrakt von DI-Motoren bei Lastwechseln zu untersuchen.
Die Stroemungsvorgaenge im Brennraum von Verbrennungsmotoren waehrend der Ansaugphase bis zum Beginn der Zuendung beeinflussen in entscheidendem Masse den Ablauf der Verbrennung, die wiederum fuer Kraftstoffverbrauch und Hoehe der Emission verantwortlich ist. Besonders kritisch -und bisher nur unbefriedigend geloest- sind die Vorgaenge bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung, da die Ladungsbewegung ausschlaggebend fuer die Guete der Gemischbildung ist. Zur Visualisierung der Luftbewegung werdem am realen Motor moderne Lasermessverfahren wie PIV, PTV, LIV, Schlierenmesstechnik und Lichtleitmesstechnik eingesetzt. Diese Messtechniken sind am Institut vorhanden. Mit diesen Verfahren lassen sich auch Stroemungsvorgaenge (Verteilung) im Katalysator untersuchen.
Entwicklung eines direkteinspritzenden Wasserstoff-Dieselmotors mit hoher Leistungsdichte und geringer Abgasemission in enger Kooperation mit einem Industrieunternehmen und einem weiteren Lehrstuhl der TU Muenchen. Bei dem Motor handelt es sich um einen Vier-Takt-Schiffsdieselmotor mit innerer Gemischbildung und Kompressionszuendung. Es werden Untersuchungen zur Wasserstoffeinbringung und zur Gemischbildung im Brennraum durchgefuehrt. Die Verbrennungsfuehrung unter sicherer Vermeidung detonativer Reaktionen im Brennraum wird wie die erwaehnten Gemischbildunguntersuchungen mit laser-optischen Messmethoden durchgefuehrt. Durch numerische Simulationen konnte festgestellt werden, dass eine Kompressionsendtemperatur von ueber 1000 K erreicht werden muss, damit eine Selbstzuendung des Wasserstoffs, der nahe des oberen Totpunktes mit 300 bar eingeblasen wird, stattfinden kann. Dies deckt sich mit den Ergebnissen, die in einem Einhub-Triebwerk, einer sogenannten 'Rapid Compression Machine', gewonnen wurden. Durch Variation des Einblasezeitpunkts konnte eine deflagrative Verbrennung, d.h. kein Klopfen oder Nageln, erreicht werden.
Obwohl der direkteinspritzende Ottomotor erst am Anfang der Entwicklung steht, laesst er gegenueber einem vergleichbaren konventionellen Ottomotor mit Saugrohreinspritzung deutlich niedrigere Verbrauchswerte erwarten. Insbesondere im unteren und mittleren Lastbereich, wo aufgrund der heutigen Verkehrsproblematik ein Motor im Fahrzeug ueberwiegend betrieben wird, besitzt der direkteinspritzende Ottomotor aufgrund seiner drosselfreien Laststeuerung (Qualitaetsregelung) und den geringeren Wandwaermeverlusten einen deutlichen Wirkungsgradvorteil. Waehrend die Rohemissionen im Bezug auf Kohlenmonoxid CO im allgemeinen geringer (Magerbetrieb) sind als bei konventionellen Ottomotoren mit Saugrohreinspritzung, ist der Ausstoss an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Stickoxiden (NOx) meist hoeher. Grund hierfuer ist eine in noch nicht allen Betriebspunkten abgestimmte Gemischaufbereitung. Hierzu sind umfangreiche Grundlagenuntersuchungen notwendig, die die Auswirkungen der Brennraumform, der Einspritzparameter und der Stroemungsverhaeltnisse auf die Gemischbildung, den Verbrennungsablauf, den Wirkungsgrad (= Verbrauch und CO2-Emission) und die Schadstoffemission aufzeigen. Durch den gezielten Einsatz von keramischen Stoffen an Kolben, Zylinderwaenden und im Zylinderkopf kann die Gemischbildung beim De-Ottomotor moeglicherweise verbessert werden. Direkteinspritzende Ottomotoren japanischer Anbieter erfuellen die europaeischen und amerikanischen Abgasgrenzwerte noch nicht.
Im Vorhaben Direkteinspritzung Ottomotor wird der Einfluss der Gemischbildung auf die Verbrennung und die Schadstoffemission beim direkteinspritzenden Ottomotor untersucht. Die Arbeiten liefern Aussagen ueber die Zustaende zum Zeitpunkt der Zuendung, waehrend der Entflammungsphase, sowie ueber die Ausbreitung der Flamme im Brennraum. Um die Zustaende im Bereich der Zuendkerze zu beschreiben, werden die oertlichen Luftverhaeltnisse und die Stroemungsbedingungen von der Einspritzung bis zur Verbrennung durch bereits in anderen Forschungsarbeiten erfolgreich eingesetzte Messtechniken (CARS, LDA) bestimmt. Darueberhinaus werden die nicht von der Flamme erfassten Brennraumbereiche mit Hilfe der Vielfach-Lichtleiter-Messtechnik charakterisiert und durch Vergleichsbetrachtungen werden deren Beitraege zur Schadstoffemission analysiert.
Der schlitzgesteuerte Zweitakt-Ottomotor mit luftunterstuetzter Direkteinspritzung stellt eine fuer die Zukunft interessante und erfolgversprechende Alternative zum Viertakt-Ottomotor dar. Zu dieser Bauart sind jedoch hinsichtlich des Zusammenwirkens von Spuelung und innerer Gemischbildung nur wenige grundlegende Veroeffentlichungen bekannt. Allerdings bietet sie ein hohes Potential, da die konstruktive Einfachheit und bauliche Kompaktheit - welche die groessten Vorteile dieses Zweitaktmotors darstellen - beibehalten werden koennen. Darueber hinaus steht zu erwarten, dass durch die luftunterstuetzte direkte Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum die Abgasemissionswerte niedrig zu halten sind. Bereitstellung von Basiswissen fuer die stroemungstechnische Auslegung von schlitzgespuelten Zweitaktmotoren zur Einschaetzung der Spuelqualitaet, des Luftaufwandes und der Gemischbildung. Verbesserung der numerischen Simulation der Spuelstroemung, experimentelle Untersuchung der luftunterstuetzten Direkteinspritzung und Gemischbildung sowie ihre Auswirkung auf den motorischen Prozess.
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