Das Projekt "Einfluss der Strahlausbreitung und des Kraftstoffes auf die Russbildungs- und Russoxidationsvorgaenge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Angewandte Thermodynamik und Institut für Thermodynamik durchgeführt. In einer Einspritzkammer werden die Russbildungs- und Russoxidationsvorgaenge unter dieselmotorischen Temperatur- und Druckbedingungen mit Hilfe des Lichtextinktionsverfahrens untersucht. Dabei wird die Lichtabschwaechung eines Laserstrahls durch die Russpartikel im Einspritzstrahl gemessen und anschliessend ueber die Mie'sche Streulichttheorie eine Russkonzentration im Strahl berechnet. Weitere Informationen bezueglich der Strahlausbreitung und Gemischbildung werden aus Hochgeschwindigkeitsaufnahmen des Einspritzvorganges und Messungen des oertlichen Luftverhaeltnisses mit Hilfe der Raman-Spektroskopie gewonnen. Im Rahmen dieses Projektes soll der Einfluss einiger wichtiger Parameter auf die Russbildungs- und Russoxidationsvorgaenge untersucht werden. Zu nennen sind hier im wesentlichen die Einspritzparameter wie zB Drehzahl und Einspritzmenge. Lufttemperatur und Luftdruck sowie die Kraftstoffeigenschaften. Alle Messungen werden an unterschiedlichen Positionen im Einspritzstrahl durchgefuehrt.
Das Projekt "Entwicklung eines Rechenprogramms zur Simulation der dieselmotorischen Russoxidation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Institut für Thermodynamik, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein empirisches Rechenmodell fuer die Russoxidation im Dieselmotor zu entwickeln. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen an dem 'verbrennungslosem' Motor wurden mit einem schnell getaktetem Gasentnahmeventil die Konzentrationsverlaeufe der Komponenten Russ, CO, HC, O2, NOx und CO2 gemessen. Hierbei wurde sowohl die Motordrehzahl als auch die Abgaszusammensetzung variiert. Die minimale Russoxidationstemperatur betraegt unter den gegebenen Randbedingungen ca. 1300 K. Ab maximalen Gastemperaturen von ueber 1500 K werden Russumsaetze von ca. 60 Prozent erreicht. Bei Spitzentemperaturen oberhalb von 1700 K werden um 90 Prozent des Russes oxidiert. Darueber hinaus wurde die aus vorhergehenden Forschungsvorhaben bekannte Induktionszeit (zeitlicher Versatz zwischen Erreichen einer Gastemperatur von 1300 K und Einsetzen der Russoxidation) fuer die Russoxidation genauer untersucht. Es wurde eine Abhaengigkeit der Induktionszeit von dem zeitlichen Gastemperaturverhalten festgestellt. Bei kleinen Temperaturgradienten nach Ueberschreiten der minimalen Russoxidationstemperatur von ca.1300 K betraegt die Induktionszeit zwischen 2-3 ms (fuer n=1000 min-1). Bei hoeheren Motordrehzahlen (n=1500 min-1 und n=1800 min-1) und damit verbundenen groesseren Temperaturgradienten reduziert sie sich auf ca.1 ms. Bei Einduesung einer H2O2/Wasser-Loesung in das Saugrohr (und damit deutlich hoeherer Radikalenkonzentration) verringert sich die Induktionszeit nochmals deutlich. Als Vorbereitung fuer die Modellentwicklung und um ein programmtechnisch einfaches Handling der Daten zu gewaehrleisten mussten die Messergebnisse in eine dazu geeignete Form ueberfuehrt werden. Unter Zuhilfenahme mathematischer Ansaetze wurden die die Russoxidation charakterisierenden Messdaten durch analytisch darstellbare Funktionen approximiert. Andere prozessbeschreibende Daten wie der zeitliche Verlauf des thermodynamischen Zustands und Konzentrationsverlaeufe weiterer gasfoermiger Komponenten wurden mittels Interpolationsverfahren aufbereitet. Zur Weiterverarbeitung z.B. im Rahmen von Sensitivitaetsuntersuchungen bei der Modellerstellung oder bei der Verifikation wurden die Messergebnisse in Form einer Datenbank abgelegt. Nach Abschluss der Literaturrecherche wurden auf die vorliegende Aufgabenstellung anwendbare Modelle ausgewaehlt und diese hinsichtlich ihrer Definitionsbereiche und Parameter mit den hier dieselmotorisch relevanten Randbedingungen verglichen. Der Einsatz dieser Modelle zur Simulation der pruefstandsseitig vorgegebenen Konfiguration zeigte keine Uebereinstimmung im Verlauf der Umsatzgeschwindigkeiten oder der integral erzielten Russmassenaenderung. Hierbei wurden die jeweils von den Modellen geforderten Temperaturgueltigkeitsbereiche oder zum Teil vorliegende Begrenzungen des Sauerstoffpartialdrucks beachtet, womit eine Einschraenkung der im Dieselmotor auftretenden Betriebszustaende gegeben ist.
Das Projekt "Untersuchung zur Russoxidation im Dieselmotor" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl für Angewandte Thermodynamik und Institut für Thermodynamik durchgeführt. Dieselmotoren stellen bezueglich gasfoermiger Schadstoffkomponenten auch im Vergleich zu Ottomotoren mit geregelten Katalysatoren eine guenstige Verbrennungskraftmaschine dar. Aufgrund des ausgezeichneten Wirkungsgrades ergeben sich zusaetzlich Vorteile hinsichtlich des in juengster Zeit diskutierten CO2-Gehaltes in der Atmosphaere mit seinen noch nicht absehbaren Folgen. Dem Dieselmotor wird allerdings aufgrund seiner gegenueber dem Ottomotor erhoehten Partikelemissionen haeufig Umweltschaedlichkeit vorgeworfen. Es wird eine starke Verminderung der Partikelemissionen gefordert, was sich u.a. in der drastischen Absenkung der Abgasgrenzwerte niederschlaegt. Ein Schwerpunkt der Dieselmotorentwicklung ist es deshalb, den Partikelausstoss auch unter Beruecksichtigung sehr geringer NOx-Emissionen durch innermotorische Massnahmen weiter zu verringern. Die Russemission von Dieselmotoren ist das Resultat aus Russbildung und anschliessender Russoxidation. In Abhaengigkeit der Randbedingungen kann der ueberwiegende Teil des waehrend der Verbrennung gebildeten Russes nachoxidiert werden. Bisher liegen nur wenige gesicherte Erkenntnisse ueber die Abhaengigkeit der Russoxidation von den lokal im Dieselmotor herrschenden Bedingungen wie Temperatur, Druck sowie Sauerstoff- und Russkonzentration als Funktion der Zeit vor /6/. Das Ziel des Vorhabens ist es, die Russoxidation unter dieselmotorischen Bedingungen im Detail zu untersuchen und die beeinflussenden Parameter zu bestimmen. Dabei muss die Ueberlagerung der Oxidation durch Russbildungs- und Mischungsvorgaenge ausgeschlossen werden. Mit Hilfe der Untersuchungen sollen guenstige Parameter sowie die Grenzen der Russoxidation unter dieselmotorischen Bedingungen ermittelt werden, um Empfehlungen fuer die Auslegung von Brennv erfahren mit geringer Partikelemission durch Foerderung der Russoxidation abzuleiten.