Optische Untersuchungen zum Einfluss von Biokraftstoffen auf die Rußbildung bei ottomotorischen Verbrennungsvorgängen

Die Arbeit beschreibt die Untersuchung der Teilprozesse der Gemischbildung, Entflammung und Verbrennung bei der Benzindirekteinspritzung für verschiedene Biokraftstoffgemische in einem optisch zugänglichen Ottomotor. Zur Vertiefung des Verständnisses der Wirkkette zwischen Einspritzung und Rußbildung werden unter vereinfachten Bedingungen die Zündung und Verbrennung des Kraftstoffsprays in einer Einspritzkammer detailliert analysiert. Um die komplexen Vorgänge im motorischen Verbrennungsprozess zu visualisieren und wichtige Kenngrößen zu quantifizieren, kommen bildgebende optische Messtechniken zum Einsatz. Dazu zählen bildgebende Hochgeschwindigkeits-Messtechniken zur Betriebspunktauswahl und der Einspritz- und Verbrennungsanalyse sowie die planare laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) zur Gemischbildungsuntersuchung. Zusätzlich wurden die laserinduzierte Inkandeszenz (LII) als auch die Laser-Extinktionsmesstechnik zur Bestimmung der Partikelkonzentration eingesetzt.
Die Ergebnisse zeigen, dass im Allgemeinen die Zumischung eines hohen Anteils von Ethanol (z.B. E85) zum Basiskraftstoff zur Rußreduktion führt. Die Ursache liegt in den chemischen Eigenschaften des Kraftstoffs (z.B. geringes C-H-Verhältnis, molekular gebundener Sauerstoff). Im Gegensatz dazu wurde speziell im motorischen Katalysatorheizbetrieb festgestellt, dass die Beimischung einer geringen Menge an Ethanol (E20) in Isooktan zu verstärkter Rußbildung führen kann. Dieses Verhalten scheint durch physikalische Eigenschaften des Kraftstoffs hervorgerufen zu werden. Speziell sind hier die hohe Verdampfungsenthalpie und das nicht-ideale Mischungsverhalten zu nennen, welche die Verdampfung beeinflussen und damit den Rußausstoß erhöhen.