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Projekt
Experimentelle Untersuchung des Einflusses der Gemischbildung auf zyklische Schwankungen in direkteinblasenden Wasserstoff-betriebenen Ottomotoren
Antragsteller
Professor Dr. Sebastian Kaiser
Fachliche Zuordnung
Energieverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 349537577
Teilprojekt 3 der Forschungsgruppe 2687 untersucht in der 2. Förderperiode experimentell zyklische Schwankungen in Wasserstoff-betriebenen Ottomotoren, und zwar den Teil der Wirkungskette, die von der Direkteinblasung des Kraftstoffs in den Zylinder zu Schwankungen in der frühen Flammenausbreitung führt. Zyklische Schwankungen sind chaotische Variationen in den thermodynamischen Charakteristika der Motorzyklen, z.B. Spitzendruck, Brennverlauf, Mitteldruck. Sie sind assoziiert mit Phänomenen wie abnormale Klopfen und Fehlzündung, die die Effizienz des Motors grundlegend begrenzen. Wasserstoff hat im Vergleich zu Kohlenwasserstoffen sehr andere Eigenschaften, die die Kraftstoff/Luft-Vermischung und die Verbrennung entscheidend beeinflussen. Über zyklische Schwankungen im Betrieb mit diesem Kraftstoff sind noch kaum untersucht und verstanden, was der Auslegung Wasserstoff-betriebener Motoren behindert. Das Ziel dieses Teilprojektes ist, ein detailliertes Verständnis und daraus eine möglichst allgemeingültige Modellvorstellung der Teilwirkungskette von der Direkteinblasung und Mischung über Zündung und Entflammung zu den resultierenden zyklischen Schwankungen zu erlangen. Dies erfolgt hier durch Experimente in Kooperation mit Simulationen in anderen Teilprojekten der FOR 2687. Daher ist ein weiteres Ziel die Bereitstellung geeigneter Messdaten zur Validierung der Simulationsmethoden dort, und umgekehrt die gemeinsame Analyse der Simulationen zur vollständigeren Erklärung und Bewertung der experimentellen Ergebnisse. Auf Seite der Methoden ist zum einen die Weiterentwicklung der für Wasserstoff als Brennstoff noch ungenügenden optischen, örtlich-zeitlich auflösenden Messverfahren ein Ziel. Zum anderen sollen Methoden zur Analyse von räumlich-zeitlich teilkohärenten komplexen Strömungen, die hier der Rückverfolgung der o.g. Teilwirkungskette von zyklischen Schwankungen zu deren Ursachen dienen sollen, erarbeitet werden. Die Experimente werden in einem optisch zugänglichen Einzylinder-Versuchsmotor durchgeführt. Hauptsächlich kommen optische Messverfahren mit hohen Bildraten (10.000 bis 100.000/s) zum Einsatz: Die Wasserstoff-Einblasung wird durch Schlieren-Messungen, die Strömung durch Particle Image Velocimetry, die Gemischbildung durch Laserinduzierte Fluoreszenz (diese stroboskopisch implementiert), und die Verbrennung zusätzlich durch Chemilumineszenz des Hydroxyl-Radikals visualisiert. Das Teilprojekt arbeitet besonders eng zusammen mit den Teilprojekten, in denen einerseits die überschallschnelle Wasserstoff-Einblasung und andererseits die Strömung, Mischung, und Verbrennung im Zylinder durch örtlich-zeitlich hochauflösenden, mehrdimensionale Simulationen untersucht wird.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Großgeräte
Hochgeschwindigkeitskamera
