Dissipation Elements at the Flame Surface in Methane Diffusion Flame (B. Hentschel and D. Denker)

Flame in Slotburner (S. Kruse)

Particle Charged Flow (E. Varea)

DNS of a scaled-up Diesel injector

Dissipation Element Analysis of Methane Diffusion Flame (D. Denker)

DNS of a scaled-up Diesel injector (M. Bode)

Quartz nozzle sampling in a methane counterflow flame (M. Baroncelli)

Oxyfuel coal combustion in a hot gas stream (D. Felsmann)

Turbulent/non-turbulent interface in high Reynolds number Jet (D. Denker and B. Hentschel)

Motorenexperimente


Grundlagen

Zunächst wurden an einem Einzylinder-Dieselmotor Untersuchungen zur Wirksamkeit der Einbringung von Wasser und Wasserperoxid in den Brennraum auf die Schadstoffemissionen - insbesondere Ruß- durchgeführt. Als eine sehr effektive Maßnahme zur Reduzierung von Ruß und NOx zeigte sich die Emulsionseinspritzung, bei der Dieselkraftstoff und Wasser/Wasserstoffperoxid vor der Einspritzpumpe durch einen Mischer emulgiert werden und anschließend in den Brennraum eingespritzt werden. Es ist bekannt, daß durch die Wassereinbringung in den Brennraum eine Temperaturabsenkung stattfindet, wodurch die Bildung des thermisch gebildeten NO zurückgeht. Dieses besitzt bei der motorischen Verbrennung einen Anteil von etwa 90% an der gesamten NOx-Emission. Durch die erzielte Temperaturabsenkung kann jedoch die Rußreduzierung nicht erklärt werden. Im Gegenteil steigt hierdurch die Rußemission an, da bei niedrigen Temperaturen weniger Radikale (OH) zur Verfügung stehen und damit die Nachoxidation des Rußes langsamer abläuft. Dieser Effekt wird z. B. bei der Wassereinbringung durch eine Luftrohreindüsung beobachtet. Es müssen daher bei der Rußreduzierung durch Emulsionseinspritzung andere Effekte eine entscheidende Rolle spielen.


Messtechnik

In diesem Projekt wird die Wirkungsweise der Emulsionseinspritzung sowohl mit Hilfe zweier optischer Meßverfahren als auch mit einem Einspritzgesetzindikator sowie üblicher Indizier- und Abgasmeßtechnik näher betrachtet. Bei dem erstem optischen Verfahren wurde mit Hilfe eines Cu-Dampflasers und einer Highspeed-Trommelkamera die Strahlausbreitung im Motor mit einer hohen zeitlichen und örtlichen Auflösung gemessen. Die zeitliche Auflösung entsprach bei 2000 U/min. 0.4°KW, wodurch eine detaillerte Auswertung des Einspritzvorgangs möglich wurde. Das zweite verwendete optische Verfahren ist eine Erweiterung der Integralen-Lichtleit-Meßtechnik, die Zyklusaufgelöste Emissionsspektroskopie (ZES). Mit ihr ist es möglich, während der Verbrennung Ruß- und OH-Strahlung integral im Brennraum zeitlich aufgelöst zu erfassen.


Ergebnisse

Es besteht ein gute Korrelation zwischen den klassischen Indizierverfahren und den optischen Verfahren. Mit Hilfe der optischen Meßtechniken kann gezeigt werden, daß bei der Diesel/Wasser-Emulsionseinpritzung die Rußreduzierung vor allem durch eine bessere Gemischbildung infolge einer sehr guten Kraftstoffzerstäubung erzielt wird. Die gute Gemischbildung wird dadurch hervorgerufen, daß das im Kraftstoff enthaltene Wasser den Strahl durch eine höhere Dichte und einem damit höherem Impuls aufreißt. Die Messungen wurden an einem VW-Transportmotor 1.91 TDI und an einem 1-Zylinder-Forschungsmotor durchgeführt. Es wurden verschiedene Kraftstoffe und Kraftstoff-Wasser-Verhältnisse auf deren Einspritzverhalten untersucht. Weitere Untersuchungen sind am 4-Zylinder-Vollmotor geplant. Diese beinhalten Abgas- und Indiziermessungen sowie Emissionsspektroskopie bei Emulsionseinspritzung.

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