Nicht adiabate
Flammen in Wechselwirkung zu kalten Wänden und inhomogenen Gemischen
Schwerpunkt des hier beantragten Sonderforschungsbereiches
sind verbrauchsarme, zukunftsweisende Verbrennungskonzepte. Im Bereich der
Verbrennungsmotoren sind dies Motoren mit Direkteinspritzung. Diese
Motor-Konzepte erfüllen die weltweit geforderte Reduzierung des
Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen im Verkehrsbereich. Der
Ottomotor mit Direkteinspritzung kommt diesen Anforderungen im besonderen Maße
nach. Die Entwicklung dieses neuen Brennverfahrens ist jedoch mit einem weiten
Parameterspektrum und somit aufwendigem und kostenintensivem Prüfstandsbetrieb
verbunden. Daher ist neben der experimentellen Untersuchung auch die numerische
Simulation von zunehmender Bedeutung. Ein Problempunkt beim Einsatz der
numerischen Simulation besteht darin, daß bisher praktisch kein
zufriedenstellendes Modell zur Beschreibung der Flammenausbreitung in
Verbrennungsmotoren mit Benzin-Direkteinspritzung unter Einfluß turbulenter
Strömungen existiert.
Im Rahmen des beantragten Teilprojekts soll daher die
Flammenausbreitung bei Benzin-Direkteinspritzung und inhomogenen Gemischen
durch den Einsatz neuester experimenteller Methoden grundlegend untersucht
werden. Dabei soll insbesondere die Wirkung kalter Brennraumwände, z.B. im
Kaltstart oder bei extrem mageren Gemischen mit Wandabkühlung, auf die
Flammenstruktur und die Flammen-Wand-Interaktion untersucht werden.
Die experimentellen Untersuchungen werden in der ersten
Projektphase zunächst an einem optisch sehr gut zugänglichen Einhubtriebwerk
durchgeführt, welches eine einfache Variation der Strömungsstruktur und der
Turbulenzintensität der Strömung gestattet. Zur Untersuchung des
Strömungsfeldes und der turbulenten Flammenausbreitung im Motorbrennraum werden
die Particle-Image-Velocimetry, die Laser-induzierte-Fluoreszenz und die
Lichtleiter-Visualisierungstechnik eingesetzt.
Hauptziel der experimentellen Untersuchungen ist es, einen
detaillierten Einblick in die physikalischen Vorgänge zu ermöglichen und eine
breite Datenbasis für die Modellierung der bei der Direkteinspritzung teilweise
vorgemischten Verbrennung zur Verfügung zu stellen. Die mit den bereits
bestehenden, heute jedoch nicht ausreichend abgesicherten Verbrennungsmodellen
berechneten Ergebnisse sollen den experimentellen Untersuchungen kritisch gegenübergestellt
werden. In den späteren Projektphasen sollen mit den experimentellen
Ergebnissen geeignete Verbrennungsmodelle für die Benzin-Direkteinspritzung für
Realmotoren (Einzylindermotor, Mehrzylindermotor) entwickelt und optimiert
werden.
Das Teilprojekt B2 bildet zusammen mit den Teilprojekten A3,
B5 und C3 einen Projektcluster zur Untersuchung der gemeinsamen Thematik „Gemischbildung,
Zündung und Flammenausbreitung“. Darüber hinaus besteht eine enge Verbindung
mit Teilprojekt B1, in dem die Rußbildung bei instationärer Flammenausbreitung
unter der Wirkung kalter Wände untersucht wird. Ebenso besteht eine enge
Verbindung zum Teilprojekt A9, in dem die Flammenausbreitung unter turbulenten
Bedingungen Gegenstand der Forschung ist. Eine starke inhaltliche Verbindung
von Teilprojekt B2 besteht schließlich zu Teilprojekt C4, in dem die Rußbildung
in Motoren mit Direkteinspritzung untersucht wird.
