Laserspektroskopische Analyse von selbstzündenden motorischen Einspritzstrahlen alternativer Biokraftstoffe
Produktform: Buch
Eine wichtige Ein
ussgroe bei der Entstehung von Schadstoen in der Verbrennung
ist die Temperatur. Jedoch fehlen quantitative ortsaufgeloste Messungen der Temperatur
und Spezies in brennenden Dieselstrahlen, insbesondere im Inneren der Verbrennung.
Durch Lichtdampfung und storende Lichtemissionen sind dabei optische
Untersuchungen nicht moglich. Diese Faktoren werden jedoch bei nicht-ruenden dieselartigen
Jets reduziert, wie in der vorliegenden Arbeit gezeigt, da das Licht nicht
durch Ru abgeschwacht wird und storende LIF (laserinduzierte Fluoreszenz) von
PAKs (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoe) wesentlich geringer ist. Die Arbeit
teilt sich in drei Bereiche auf. Zuerst wird die Methodik anhand eines nahezu
rufreien Kraftstos evaluiert. Um die Messtechnik in Situationen mit starkerer Ru-
bildung naher zu prufen wird der im ECN (Engine Combustion Network) verwendete
Kraftsto n-Heptan verwendet. Zu guter Letzt werden Kraftstoe des Exzellenzclusters
TMFB (Tailor-Made Fuels from Biomass) untersucht (Di-n-butylether (DNBE)
und n-Octanol und ein Blend daraus), die nach fruheren Motorstudien geringe Runeigung
bei der dieselahnlichen Verbrennung zeigen. Dieser Befund ist fur reines DNBE
nicht vollstandig verstanden, da dieser eine sehr hohe Cetanzahl aufweist (100).
Die aktuellen Ergebnisse zeigen, dass die Thermometrie mit SRS (spontane Raman-
Streuung), die von einem UV-Laser (ultraviolett) angeregt wird, auch im Kern eines
nicht ruenden dieselartigen Strahls in einer Druckkammer moglich ist. Es werden
zwei diagnostische Ansatze bewertet. Die erste basiert auf der spektralen Bandenform
der Stokes (rot verschoben) SRS von N2, wahrend das Verhaltnis von integrierten Stokes
zu anti-Stokes (blau verschoben) N2-SRS im zweiten ausgenutzt wird. Die Daten
des zweiten Verfahrens sind aus [1, 2] entnommen. Es stellt sich heraus, dass die erste
Methode vorteilhaft ist in Bezug auf die Lichtdampfung durch molekulare Spezies,
den Ein
uss storender Emissionen und die daraus resultierende Einzelschussfahigkeit.
Daruber hinaus ermoglichen die aufgezeichneten Spektren im Strahlkern, dass zusatzliche
quantitative Speziesmessungen mit SRS moglich sind. So wird beispielsweise der
Molenbruch von CO in dieser Arbeit erstmals im Strahlkern quantiziert.
Bei der Untersuchung des Kraftstos n-Heptan werden Auswirkungen der Inhomogenit
at des Vorverbrennungsgemisches insbesondere bei niedrigerem Einspritzdruck
(700 bar) beobachtet. Starke Abweichungen von den adiabatischen Gleichgewichtsbedingungen
in Bezug auf Temperatur und CO-Molenbruch sind in besonders kraftsto-
reichen Paketen zu beobachten. Die CO-Bildung wird dort oenbar durch turbulente
Vermischung beein
usst. Relativ niedrige Temperaturen werden im Bereich der Flam-menabhebehohe gemessen, insbesondere fur den hochsten Einspritzdruck (1500 bar),
was auf eine mogliche Turbulenz-Chemie-Wechselwirkung hinweist.
Fur den Kraftsto DNBE wird insbesondere die innere Flammenstruktur durch
SRS und LIF analysiert. Daraus ergeben sich Informationen uber die lokale Temperatur
und die Konzentrationen von O2, CO und PAK. Es wird ein Vergleich der in
[2, 3] quantizierten O2 und den qualitativen O2-LIF unternommen. Mittels O2, CO
und PAK wird der Lufteintrag im inneren Flammenkern bewertet. Die Ergebnisse
zeigen, dass die Lufteinschlusse fur reines DNBE besonders stark sind, was seine hohe
Ruoxidationsrate und die insgesamt geringe Runeigung erklaren konnte. Ein hoher
Lufteintrag ist womoglich auf die geringe Warmeabgaberate von DNBE zuruckzufuhren,
was wahrscheinlich ein Eekt seiner hohen Entzundlichkeit ist. So kann geschlossen
werden, dass die hohe Cetanzahl von reinem DNBE nicht nur zu einer relativ
schlechten Vorbereitung des Vorverbrennungsgemisches und damit zu einer erheblichen
Rubildung, sondern scheinbar auch zu einer besonders starken Ruoxidation
fuhrt. Daruber hinaus erweist sich die Strahlstruktur fur die DNBE/n-Octanol Mischung
und des n-Heptan als sehr ahnlich, was darauf hindeutet, dass der Nettoeekt
von Fluchtigkeit und Sauerstogehalt im Kraftsto schwach ist.weiterlesen