Optische Untersuchung der dieselmotorischen Verbrennung mit Biokraftstoffen

  • Optical investigation of the compression ignition combustion process with biofuels

Ottenwälder, Tamara Sophia; Pischinger, Stefan (Thesis advisor); Grünefeld, Gerd (Thesis advisor)

Aachen (2019)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Doktorarbeit soll das grundlegende Verständnis von Niedertemperaturbrennverfahren und alternativen maßgeschneiderten Kraftstoffen mit Hilfe von optischen Messmethoden zu verbessert werden. Deshalb kommen in dieser Arbeit verschiedene optische Messmethoden in einer Hochdruckeinspritzkammer mit verschiedenen Kraftstoffen zum Einsatz. Diese umfassen zum einen High-Speed-Messungen. Dabei kommen Mie-Streulicht, Schattenmesstechnik und OH*-Strahlung simultan zur Anwendung zur Detektion verschiedener charakteristischer Größen der Gemischbildung und Verbrennung, wie flüssige Eindringtiefe, gasförmige Eindringtiefe und Flammenabhebehöhe. Mit detaillierter spektroskopischer Lasermesstechnik auf Basis der laserinduzierten Fluoreszenz können Stickoxide in Mitten der brennenden Flamme zum ersten Mal quantitativ erfasst werden. Für die Quantifizierung sind verschiedene Schritte nötig, wie das Korrigieren der Absorption durch die Flamme, das Korrigieren von unterschiedlichen Temperaturen in der Flamme, das Korrigieren von schwankender Laserenergie und das Bestimmen eines absoluten Kalibrationsfaktors. Quantitative Stickoxidkonzentrationen wurden dabei zu verschiedenen Zeitpunkten und bei zwei verschiedenen Entfernungen zum Injektordüsenloch durchgeführt. Die Messung von quantitativen Stickoxidkonzentrationen ist dabei auch früh in der Flamme und direkt an der Abhebehöhe möglich. Sie erfolgte auch mit zwei alternativen Kraftstoffen. Die quantitative Stickoxidmessung zeigt dabei nicht vernachlässigbare Stickoxidkonzentrationen in der Mitte der brennenden Flamme. Bei der Vorstellung der Verbrennung mit klassischem Dieselkraftstoff werden Stickoxide nur am Rand der Diffusionszone der Flamme gebildet. Des Weiteren zeigt sich, dass durch unterschiedliche Strömungszustände in der Verbrennung auch die Bildung von Stickoxiden beeinflusst wird. Zur Unterstützung der Messung erfolgte die Anwendung einer 0-D-Konstantdrucksimulation mit einer detaillierten Flammenchemie und einem prompt-NOx-Mechanismus. Dadurch sind Indizien von prompter NO-Bildung in der Flamme gegeben. Zum Vergleich mit der Messung erfolgte eine 3-D-CFD-LES-Simulation.

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