Beeinflussung der Flammenausbreitung durch laserinduzierte Mehrfachzündungen bei motorrelevanten Bedingungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Forschungsvorhabens war die Untersuchung der Einflussmöglichkeiten einer Mehrfachzündung zündfähiger Gasgemische auf den Brennverlauf. Die Laserzündung gasförmiger Kraftstoff/Luft-Gemische wurde in einer optisch zugänglichen Brennkammer mittels Schlierenaufnahmen und Druckverlaufsanalyse untersucht. Die Laserzündung wurde anhand des nicht-resonanten Durchbruchs mit einem gütegeschalteten, frequenzverdoppelten Nd:YAG-Laser durch Pulse im Nanosekundenbereich bei einer Wellenlänge von 532 nm erreicht. Die Zündung erfolgte gleichzeitig an getrennten Orten. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass der Brennverlauf durch Mehrfachzündungen positiv beeinflusst werden kann. Eine Verkürzung der Abbranddauer stellt eine vollständige Verbrennung während des Arbeitstaktes auch bei sehr mageren Gemischen sicher. Die Druckkurve einer Zweifachzündung mit ihrem steileren Druckanstieg und einem höheren Druckmaximum entspricht der Druckkurve einer Einfachzündung bei einem fetteren Gemisch. Bei der Verbrennung von Wasserstoff ergibt sich im Vergleich zu Methan ein höheres Druckmaximum zu einem früheren Zeitpunkt. Dies resultiert in einer kürzeren Brenndauer und einer höheren Verbrennungstemperatur. Beide Gemische zeigen die gleichen Tendenzen. Die Brenndauer nimmt zu mageren Gemischen hin zu. Dabei nimmt das Druckmaximum ab und findet zu einem späteren Zeitpunkt statt. Dies führt zu geringeren Verbrennungstemperaturen und einer niedrigeren Wärmefreisetzung. Das Maximum der Wärmefreisetzungsrate wird zum Zeitpunkt des steilsten Druckgradienten erreicht. Zu mageren Gemischen hin fällt auch dieses Maximum ab und die Halbwertsbreite nimmt zu. Mögliche zukünftige Arbeiten könnten sich mit der Untersuchung der Einsetzbarkeit der Laserzündung bei innerer Gemischbildung, also inhomogenen Gemischzuständen, beschäftigen. Dabei läge in diesem Fall der Fokus auf einer zur Laserzündung simultanen Bestimmung der Luftzahl über zusätzliche optische Messtechniken um Aussagen über Zuverlässigkeit und Zündaussetzer dieser Zündmethode treffen zu können. Des Weiteren ist eine Ausweitung der Untersuchungen auf reale Brennstoffe, wie Erdgase verschiedener Zusammensetzungen oder auch Biogas denkbar. Da es sich im Speziellen bei Gasen aus Biomassevergärung um Brennstoffe mit niedrigem Methananteil und dementsprechend niedrigem Brennwert handelt, wären hier neue Untersuchungen zum Zündbereich und der Entflammbarkeit durch Laserpulse nötig. Zusätzlich zur bereits erfolgten Variation der räumlichen Fokuslage bei der Zweifachzündung wäre auch eine zeitliche Variation der beiden Laserpulse interessant.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Einfluss der laserinduzierten Mehrfachzündung auf die Flammenausbreitung in homogenen Gemischen. In: 23. Deutscher Flammentag - Verbrennung und Feuerung, Berlin, VDI-Berichte 1988, S. 271-276, ISBN 978-3-18-091988-1, Düsseldorf, 2007
M. Mönch, C. Hüttl, D. Brüggemann
- Laserinduzierte Zweifachzündung zur Brennverlaufsformung beim Abbrand homogener Gasgemische durch Variation der Zündorte. In: 24. Deutscher Flammentag – Verbrennung und Feuerung, Bochum, VDI-Berichte 2056, S. 507-510, ISBN 978-3-18-092056-6, Düsseldorf, 2009
C. Hüttl, D. Brüggemann
- Stand der Entwicklung bei der Laserzündung. Motortechnische Zeitschrift (MTZ), 70. Jahrgang, 03/2009, S. 228-231, ISSN 0024-8525 10814, März 2009
C. Hüttl, D. Brüggemann
