Optische Untersuchungen zur Spraybildung und zur Rußentstehung von Biokraftstoffen unter motorischen Betriebsbedingungen

Der Einsatz von Biokraftstoffen ermöglicht neben einer Erhöhung der regionalen Versorgungssicherheit mit lokal erzeugten Kraftstoffen auch eine Reduzierung der verkehrsbedingten CO2-Emissionen. Die Benzindirekteinspritzung (BDE) führt zwar zu einer Effizienzsteigerung, kann aber aufgrund ihrer zeitlich limitierten Gemischbildung auch zu erhöhten Ruß-emissionen im Vergleich zu konventioneller Saugrohreinspritzung führen. Die Zumischung des Biokraftstoffes Ethanol zu gewöhnlichem Ottokraftstoff führt zu einer Änderung der chemischen und physikalischen Eigenschaften des Kraftstoffgemisches und sorgt neben einer Änderung der Verdampfungseigenschaften auch für eine veränderte Rußbildung. In der vorliegenden Arbeit kommen optische Messtechniken zum Einsatz, um einen Großteil der innermotorischen Wirkkette zu quantifizieren. Für die Untersuchungen werden der ottomotorische Ersatzkraftstoff Toliso (65 Vol.-% Isooktan, 35 Vol.-% Toluol) sowie die Kraftstoffblends E20 und E40 verwendet. Die Sprayuntersuchungen werden mit der im Rahmen der Arbeit weiterentwickelten LIF/Mie-Verhältnis-Messtechnik (LIF: laserinduzierte Fluoreszenz, Mie: Mie-Streulicht) durchgeführt. Die quantifizierten mittleren lokalen Tropfengrößen der Kraftstoffsprays ermöglichen eine Bewertung der kraftstoffabhängigen Zerstäubung und Spraybildung. Die Untersuchungen der innermotorischen Verbrennungsvorgänge werden mittels einer neuartigen volumetrischen Hochgeschwindigkeitsextinktionsmesstechnik an einem optisch zugänglichen Transparentmotor mit BDE und Abgasrückführung (AGR) durchgeführt. Für die Untersuchungen wird ein Betriebspunkt mit früher Einspritzung (BP1) und Kolbenbenetzung als auch ein Betriebspunkt mit später Einspritzung (BP2) und zeitlich stark limitierter Gemischbildung untersucht.