Charakterisierung der Gemischbildung und Zündung in Diesel- und Dual-Fuel-Brennverfahren
von Andreas PeterDiese Arbeit beschreibt detailliert den Zündungsvorgang eines Diesel- und eines Dual-Fuel-Brennverfahrens unter motorischen Randbedingungen. Dabei erfolgt die Einordnung entlang der kompletten Prozesskette von Kraftstoffeinspritzung über Gemischbildung bis hin zur Zündung. Mittels dem Einsatz optischer Messtechnik werden die Kraftstoffe Diesel und n-Decan unter inerter, sauerstoffhaltiger und brenngashaltiger Atmosphäre untersucht.
Die Analyse der Gemischbildung zeigt ein Spray, dass zu großen Teilen aus Umgebungsgas besteht. Es stellt sich in jedem Düsenabstand ein quasi kraftstoffunabhängiges Massenverhältnis ein, welches wenige Millimetern nach der Düsenspitze schon deutlich mehr Umgebungsgas- als Kraftstoffmasse besitzt. Bei der Betrachtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zeigen sich Unterschiede durch die chemischen Eigenschaften der verschiedenen Kraftstoffe, die zu unterschiedlichen Zündzeitpunkten und -orten führen.
Die Kraftstoffentflammung wird durch die Niedertemperaturzündung eingeleitet. Es entsteht zuerst Formaldehyd in den Randbereichen. Diese „kalte Flamme“ steigert in benachbarten Gebieten die Reaktivität, bis die notwendige Aktivierungsenergie erreicht wird, um die Hochtemperaturzündung auszulösen. Es zeigt sich, dass der lokale Zündort nicht für jede Temperatur gleich ist, sondern davon abhängt, ab wann und in welcher Region die Aktivierungsenergie für die Hochtemperaturreaktion überwunden wird. Es ergibt sich für jede Kombination aus Kraftstoff und Umgebungsgas eine unterschiedliche Energiebereitstellung, die sich aus der Energie der Mischung und aus der Wärme der Niedertemperaturreaktion zusammensetzt. Folglich liegt der Ort an dem die Hochtemperaturzündung startet bei jenem Mischungsverhältnis, welches durch beide Energiequellen am wärmsten ist.
