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TP - A4
Kopplung von NO-Bildung und instationärer Flammenausbreitung

Projektleiter: 
Prof. Dr. Matthias Olzmann
Institut für Physikalische Chemie (IPC)
Lehrstuhl für Molekulare Physikalische Chemie
Universtität Karlsruhe (TH)
Fritz-Haber-Weg 4
76131 Karlsruhe
Telefon: +49(0)721/ 608-2918
Telefax: 49(0)721/608-6524
E-mail:

  
Ergebnisse des Teilprojekts Veröffentlichungen
  

Zusammenfassung

Kopplung von NO-Bildung und instationärer Flammenausbreitung

Einspritzung, Brennstoffverdampfung und Gemischbildung sowie Zündung, Verbrennung und Schadstoffbildung in Motoren mit Direkt-einspritzung bilden Themenfelder des hier beantragten Sonderforschungsbereiches. Die Entwicklung direkt einspritzender Motoren gewann in den letzten Jahren wegen ihres Potentials zur     Wirkungsgraderhöhung und Schadstoffminimierung zunehmend an Bedeutung. Hierbei wird konsequent das Potential einer Ladungsschichtung im Hinblick auf ein verbessertes Zündverhalten in Ottomotoren sowie eine Erhöhung des Wirkungsgrades genutzt. Gerade bei der Flammenausbreitung in inhomogenen Gemischen treten lokal fette und magere Bereiche auf, so daß die NO-Bildung sowohl von dem thermischen als auch von dem prompten Bildungsmechanismus dominiert werden kann. Der Einfluß einer solchen Ladungsschichtung in Verbindung mit dem breiten Druckbereich auf den Verbrennungsprozeß und insbesondere auf die NO-Schadstoffbildung ist jedoch noch nicht ausreichend verstanden. Dies liegt darin begründet, daß zum einen der Mechanismus der prompten NO-Bildung und die Geschwindigkeitskonstanten der zugrunde-liegenden Elementarreaktionen nicht ausreichend genau bekannt sind. Zum anderen beruhen die Abschätzungen der Reaktionswege auf einfachen Modellierungsannahmen (homogene Reaktionssysteme, laminare Flamelets), die die tatsächlichen Prozesse in Systemen mit Ladungsschichtung nur bedingt beschreiben können.    

Es wird allgemein vermutet, daß für die prompte Stickoxidbildung die Reaktion CH + N2 ®HCN + N eine entscheidende Rolle spielt. Die Geschwindigkeit dieser Reaktion und ihre Druckabhängigkeit soll im Temperaturbereich zwischen 1000 und 2000 K mit Hilfe der Stoßwellentechnik untersucht werden. CH-Radikale werden durch UV-Multiphotonen-Laserblitzlichtphotolyse von Bromoform erzeugt und durch schmalbandige Laserabsorption bei 430 nm mittels Frequenzmodulationstechnik nachgewiesen. Dabei werden die entstehenden N-Atome gleichzeitig mit der ARAS-Methode detektiert, um den direkten Zusammenhang von CH-Abbau und N-Bildung erfassen zu können. Daran anschließend soll der Beitrag der Reaktion CH2 + N2 ®HCN + NH zur prompten NO-Bildung untersucht werden. Auf diese Weise wird ein gesicherter Datensatz zur Modellierung der prompten NOx-Bildung erarbeitet. Zur Klärung des Einflusses der prompten NO-Bildung auf die Gesamt-NO-Bildungsgeschwindigkeit sollen örtlich aufgelöste NO-, CH-, HCN- oder NH-Profile sowie NO-Produktions- und Verbrauchsraten in den entsprechenden Modellflammen bestimmt werden. Diese liefern einerseits wichtige Rückschlüsse auf die vorherrschenden chemischen Reaktionswege und dienen andererseits der strengen Validierung der in diesem und anderen Teilprojekten entwickelten Verfahren zur Modellierung der betrachteten Verbrennungssysteme.    

In diesem Teilprojekt werden Modelle für die Schadstoffbildung bei der instationären Flammenausbreitung entwickelt, welche wichtige Beiträge für ein Verständnis der Schadstoffbildung in direkteinspritzenden Motoren liefern. Die Reaktionen des CH-Radikals spielen nicht nur bei der prompten NO-Bildung eine Schlüsselrolle, sondern besitzen auch zentrale Bedeutung bei der Rußbildung in Flammen (B1 und C4). Darüber hinaus ist das untersuchte System ein Beispiel für ein Reaktionssystem mit komplizierter jedoch noch nicht verstandener Druckabhängigkeit.    


  
Wissenschaftliche Mitarbeiter: 
Dr. Tobias Bentz
Telefon: +49(0)721/ 608-2109 o. 8837
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Dipl.-Chem. Anna Busch
Telefon: +49(0)721/608-2109 o. 2715
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Dipl.-Chem. Claudia Kappler
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