Zündverzugszeit- und Spezieskonzentrationsmessungen im Einhubtriebwerk

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Steckbrief

Eckdaten

Laufzeit:
01.01.2019 bis 31.12.2025
Organisationseinheit:
Grundlagen der Verbrennung
Fördergeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Status:
Laufend

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+49 241 80 24603

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Für die Entwicklung von potenziellen zukünftigen Kraftstoffen im FSC Cluster ist es von großer Bedeutung die zugrunde liegende Verbrennungskinetik der einzelnen Moleküle zu verstehen. Dazu werden kinetische Modelle formuliert, welche validiert und getestet werden müssen, um anschließend in anwendungsnahen Simulationen verwendet werden zu können. Zur Validierung der Reaktivität eines Kraftstoffes haben sich Zündverzugszeiten bewährt. Mit unserer RCM (engl., Rapid Compression Machine) sind wir in der Lage schnell und zuverlässig Reinkraftstoffe und Kraftstoffmischungen zu untersuchen. Für diese Untersuchungen können Variationen von Temperatur, Druck, Stöchiometrie, Verdünnung und verdampfbaren Kraftstoffadditiven berücksichtigt werden.

Um einen tieferen Einblick in den Zündprozess zu erlange, werden im Laufe dieses Projektes Konzentrationsprofile des Kraftstoffs und von Intermediaten ermittelt. Diese Konzentrationsprofile ermöglichen dann die Analyse und Validierung von bestimmten Reaktionspfaden und kritischen Verhältnissen zwischen einzelnen Reaktionen, was wiederum zu einem präziseren kinetischen Modell führt. Zusätzlich können die Konzentration von Intermediaten, die als Schadstoffe deklariert sind bzw. potenziell gefährlich sein können, festgestellt werden. Um die Konzentrationsprofile zu erstellen, werden Gasprobeentnahmen und Laserabsorptionsmessungen durchgeführt. Die Entnahme von Gasproben während des Zündvorgangs erlauben die anschließende Analyse in einem Gaschromatographen – Massenspektrometer (GC-MS), welches in der Lage ist eine Vielzahl von (oxygenierten) Kohlenwasserstoffen zu detektieren und zu quantifizieren. Da der Zündvorgang durch die Probenentnahme gestört wird, kann mit dieser Methodik pro Experiment nur ein einziger Zeitpunkt betrachtet werden. Um ein zeitausgelöstes Signal für ein einzelnes Experiment zu erhalten, werden Laserabsorptionsmessungen verwendet. Zudem können auch instabile Zwischenspezies gemessen werden, was im GC-MS nicht möglich ist. Da die Laserabsorptionsmessungen aber typischerweise nur einem sehr limitierten Wellenlängenbereich umfassen, kann nur eine sehr begrenzte Anzahl (normalerweise nur eine) Spezies verfolgt werden. Durch die kombinierte Verwendung beider Systeme können wir einen detaillierten Einblick in die Verbrennungseigenschaften von potenziellen Bio-Hybrid Kraftstoffen zu erlangen und somit zum „Fuel Design“ Prozess innerhalb des FSC beitragen.