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Inhalt des Projektbereichs C

Optimierung von Verbrennungsmaschinen

 

Im Projektbereich C des Sonderforschungsbereichs werden die instationären Prozessabläufe in Verbrennungsmaschinen und deren Einflussparameter werden untersucht. Ziel ist es, grundlegende Erkenntnisse über die Teilprozesse der Gemischbildung, Verbrennung und Schadstoffbildung sowie dem Zünden/Löschen/Flammenrückschlag sowohl aus den Arbeiten in den Projektbereichen A und B als auch aus den in diesem Projektbereich durchzuführenden Arbeiten zu erhalten, um diese dann effizient in der Verfahrensoptimierung von Verbrennungsmaschinen zu nutzen.

In der hier beantragten ersten Förderphase des Sonderforschungsbereiches werden zunächst in den vier Projekten C1 bis C4 grundlegende Untersuchungen zu den Prozessabläufen durchgeführt. Ausgehend hiervon werden dann Arbeiten mit dem Ziel Verfahrensoptimierung von Verbrennungsmaschinen durchgeführt. Nach der ersten Förderperiode soll die Anzahl der Projekte im Bereich C, ausgehend von den in den Projektbereichen A und B durchgeführten Untersuchungen, Schritt für Schritt erhöht werden. Dabei werden die in den Forschungsvorhaben der Projektbereiche A und B gewonnenen Ergebnisse und Erkenntnisse systematisch für die anwendungsbezogenen Untersuchungen im Projektbereich C umgesetzt. Durch diesen Zusammenhang ist eine starke inhaltliche Verzahnung des Projektbereichs C über einzelnen Themenfeldern mit den anderen Projektbereichen gegeben.

In den Einzelprojekten dieses Projektbereichs werden teilweise gleiche bzw. ähnliche Versuchsträger (Einhubtriebwerke) wie in einzelnen Vorhaben des Projektbereiches B (Projekte C3 und C4, Projekte B2 und B4) eingesetzt. Somit können die grundlagen orientierten Untersuchungen aus dem Projektbereich B die weiterführenden Arbeiten im Projektbereich C sinnvoll ergänzen und unterstützen. Ausgehend von den Untersuchungen an den Einhubtriebwerken werden in den Projekten C3 und C4 zusätzlich Untersuchungen an Motoren mit realen Geometrien und unter realen Betriebsbedingungen durchgeführt.

Im Teilprojekt C1 werden pilotierte Vormisch-Verbrennungssystemen im Hinblick auf die Entstehung und Erhaltung selbsterregter Druck-/Flammenschwingungen untersucht. Hierzu werden die Strömungsinstabilitäten von unterschiedlichen Modellbrennern mit konzentrisch überlagerten verdrallten Strömungsfeldern für die Pilotflamme und die Hauptflamme untersucht. Zur Untersuchung der Strömungszustände wird die Mehrfach Hitzdraht-Anemometrie eingesetzt. Als Ziel sollen aus der Analyse der Frequenzen und Stärke der Strömungsstörungen Rückschlüsse auf die physikalischen Mechanismen zur Entstehung und Erhaltung solcher selbsterregter Instabilitäten abgeleitet werden. Diese Erkenntnisse sollen dazu dienen, Konstruktionsrichtlinien zur Vermeidung Strömungsinstabilitäten bei der Brennerauslegung zu erarbeiten. Weiterhin werden mit Hilfe der erzeugten Datenbasis die auftretenden Wechselwirkungen der periodischinstationären, isothermen Strömungsfelder im Projekt A6 unter Verwendung von Large-Eddy-Simulationen (LES) modelliert.

Im Teilprojekt C3 wird die Gemischbildung für die Direkteinspritzung mit strahlgeführten Brennverfahren untersucht. Dabei werden die Teilvorgänge Einspritzung, Strahlausbreitung, Kraftstoffverdampfung, Durchmischung von Luft und Kraftstoff und Ladungstransport zur Zündkerze bei Schichtladungsbetrieb zunächst in einem Einhubtriebwerk und anschließend in einem Einzylindermotor detailliert untersucht. Die Analyse der Verbrennung gibt Aufschluss über die Güte des Gesamtprozesses sowie die Wirkungen der verschiedenen Einflußgrößen. Ziel dieser Arbeiten ist es, ein grundlegendes Verständnis über die Zusammenhänge zwischen motorischen Einflußparametern, Gemischbildung, Verbrennung und Schadstoffbildung zu gewinnen. Daraus sollen dann gezielt die Anforderungen an ein im Hinblick auf Wirkungsgrad bzw. Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen optimales strahlgeführtes Benzin-Direkteinspritz-Brennverfahren ermittelt werden. Aus heutiger Sicht ist ein derartiges Brennverfahren in Motoren wegen der fehlenden Grundlagenkenntnisse über die vorliegenden Zusammenhänge noch nicht umsetzbar.

Im Teilprojekt C4 werden ebenfalls die Prozeßabläufe in Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung untersucht, wobei hier der Schwerpunkt auf der dieselmotorischen Verbrennung und der damit verbundenen Schadstoffbildung, insbesondere der Rußbildung liegt. Der Prozeß der Rußbildung und oxidation ist ein komplexer Vorgang und soll detailliert mit weiterentwickelten Lasermeßverfahren (RAYLIX) untersucht werden. Für die Übertragung der Ergebnisse auf reale Motoren werden die Vorgänge zusätzlich mit für Globalanalysen der im Motorbrennraum ablaufenden Vorgänge einfacher zu handhabenden spektroskopischen Methoden (2-Farben-Spektroskopie) verfolgt. Die mit den verschiedenen Verfahren erhaltenen Ergebnisse werden korreliert, so dass die dadurch gewonnenen Ergebnisse und Erkenntnisse für die Anwendung und Weiterentwicklung des Dieselmotors nutzbar sind.