Beschreibung
Mit der Abgasgesetzgebung Euro 6 wurde erstmalig ein Grenzwert für die Anzahl der emittierten Partikel für Ottomotoren mit Direkteinspritzung eingeführt. Entscheidend für die Entwicklung wirkungsvoller Maßnahmen zur Einhaltung dieses Grenzwertes, insbesondere unter realen Fahrbedingungen, ist ein verbessertes Verständnis der Partikelbildung und der zugrunde liegenden Wirkzusammenhänge im Brennraum. Endoskopische Untersuchungen konnten bereits zeigen, dass die Partikelbildung mit lokal fetten Bereichen im Brennraum korreliert. Diese werden unter anderem durch Kraftstoff-Wandfilme, beispielsweise auf der Kolbenoberfläche, verursacht.
Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wird eine Strategie zur Messung von innermotorischen Wandfilmen durch laserinduzierter Fluoreszenz (LIF) auf der Kolbenoberfläche eines optisch zugänglichen Einzylindermotors entwickelt. Dabei wurden drei Schwerpunkte zur Weiterentwicklung von LIF zur Wandfilmdickenmessung bearbeitet: die Methodik zur Kalibrierung der Messtechnik, die Charakterisierung infrage kommender Tracer hinsichtlich ihrer photo-physikalischen Eigenschaften sowie die Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit des Fluoreszenzsignals durch die simultane Messung der Filmtemperatur.
Für die untersuchten Tracer im Ersatzkraftstoff Isooctan wurden starke Wechselwirkungen der angeregten Tracermoleküle untereinander und mit gelöstem Sauerstoff festgestellt. Die Kenntnis um diese beiden Phänomene ist insbesondere für eine korrekte Kalibrierung notwendig. Die gewonnen Daten zur Photophysik der Tracer in der Flüssigphase sind auch für zukünftige Untersuchungen wertvoll, da sie die Auswahl des für den jeweiligen Anwendungszweck passenden Tracer ermöglichen.
Um das Messsignal mithilfe einer bekannten und realistischen Wandfilmdicke zu kalibrieren, wurden zwei Dünnschicht-Küvetten entwickelt. Die zweite Variante erlaubt es den Druck (bis 30bar) sowie die Temperatur (bis circa 180°C) der Flüssigkeit in der Küvette einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, das Verhalten der Fluoreszenz unter den im Brennraum vorliegenden Bedingungen zu untersuchen. Dabei wurde eine deutliche Abnahme der Signalintensität mit steigender Temperatur beobachtet. Zudem wurde auch festgestellt, dass sich das Fluoreszenzspektrum mit zunehmender Temperatur hin zu längeren Wellenlängen verschiebt. Dies kann mithilfe der Betrachtung des Verhältnisses zweier Wellenlängenbereiche genutzt werden, um die Temperatur des Wandfilms zu bestimmen. Somit ist es möglich, gleichzeitig die Filmtemperatur und Filmdicke zu erfassen.
In Parametervariationen an sechs Betriebspunkten bei unterschiedlichen Drehzahlen und Lasten konnten erste Einflussparameter auf die Wandfilmbildung auf der Kolbenoberfläche identifiziert werden. So wird die Benetzung durch die Erhöhung des Einspritzdruckes von 100bar auf 350bar deutlich reduziert. Auch eine Verschiebung des Einspritzzeitpunktes in Richtung spät führt zu einer Reduktion der Wandfilmbildung auf dem Kolben.
