Messsystem zur umfassenden Charakterisierung von Gemischbildungs-. Zünd- und Verbrennungsprozessen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Messsystem wurde für die Charakterisierung von Zündungs- und Verbrennungsprozessen eingesetzt. Neben der Nutzung des Großgeräts in seiner Gesamtheit wurden sowohl das Einhubtriebwerk als auch das Absorptionssystem als wesentliche Teilkomponenten verwendet. Die neuartige absorptionsspektroskopische Methode, basierend auf breitbandiger Superkontinuum (SC)- Strahlung, wurde dafür zunächst entwickelt und verifiziert, um anschließend erfolgreich am Einhubtriebwerk appliziert zu werden. Die Schlüsseleigenschaften für die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten und die erfolgreiche Anwendung am Einhubtriebwerk stellen der breite Emissionsbereich der SC-Lichtquelle, deren hohe spektrale Leistungsdichte sowie hohe Strahlqualität dar. Das SC-Absorptionsspektrometer wurde unter Laborbedingungen für die simultane Bestimmung der Spezieskonzentration von Wasser (H2O) und der Temperatur in einem Laborbrenner verifiziert. Durch gezielte Weiterentwicklung konnte die simultane Multispezies-Detektion von den verbrennungstechnisch wichtigen Molekülen Kohlenstoffdioxid (CO2), H2O und Acetylen bei relevanten Messgeschwindigkeiten für die zyklusaufgelöste motorische Diagnostik (kHz-Bereich) aufgezeigt werden. Die Fähigkeit der simultanen CO2– und H2O–Bestimmung konnte dabei auch unter motorisch relevanten Bedingungen demonstriert werden. Das Einhubtriebwerk wurde in Kombination mit einer bereits am Lehrstuhl vorhanden Hochgeschwindigkeits-Kamera erfolgreich für die Validierung von n-Heptan als vereinfachter Dieselersatzkraftstoff, hinsichtlich Zündungsverhalten und Verbrennungsphänomenologie im Rahmen von Mehrfacheinspritzungsstudien eingesetzt. Entscheidend für diese Studie waren dabei die sehr hohe Reproduzierbarkeit des Einhubtriebwerks und dessen sehr gute optische Zugänglichkeit. Durch die Kombination von Einhubtriebwerk und SC-Absorption konnte erstmals die Eignung des Spektrometers für die zyklusaufgelöste Bestimmung der Temperatur und des H2O-Stoffmengenanteils in einem reinen Kompressionszyklus und dabei bei definierten, homogenen Randbedingungen bestätigt werden. Zusätzlich erlaubt das System die Bestimmung des Druckes mit der Absorptionsspektroskopie. Die erfolgreiche Verknüpfung von SC-Absorptionsspektrometer und Einhubtriebwerk stellt die maßgebliche Grundlage für die umfassende Charakterisierung von Gemischbildungs-, Zünd- und Verbrennungsprozessen für moderne Brennverfahren dar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Temperature and multispecies measurements by supercontinuum absorption spectroscopy for IC engine applications”, Optics Express 21, 13656-13667 (2013)
T. Werblinski, S. R. Engel, R. Engelbrecht, L. Zigan und S. Will
(Siehe online unter https://doi.org/10.1364/OE.21.013656) - “Temperature and water mole fraction measurements by time-domain based supercontinuum absorption spectroscopy in a flame”, Appl. Phys. B 118, 153 - 158 (2014)
T. Werblinski, F. Mittmann, M. Altenhoff, T. Seeger, L. Zigan und S. Will
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00340-014-5964-1) - “Effect of Pilot Injection Timing on the Two-Stage Combustion Characteristics of Diesel and n-Heptane Studied in a Rapid Compression Machine” 7th European Combustion Meeting, Budapest, Hungary (2015) Conference Proceedings
T. Werblinski, C. Schmid, L. Zigan und S. Will
- “Flame Temperature Measurements by Time- Domain Based Supercontinuum Absorption Spectroscopy“, Energy Procedia Special Issue: The 12 th International Conference on Combustion & Energy Utilisation – 12ICCEU, 66, 129-132 (2015)
T. Werblinski, F. Mittmann, M. Altenhoff, T. Seeger, L. Zigan und S. Will
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.02.073) - “Supercontinuum based absorption spectrometer for cycle-resolved multiparameter measurements in a rapid compression machine,” Applied Optics 55, 4564-4574 (2016)
T. Werblinski, S. Kleindienst, R. Engelbrecht, L. Zigan und S. Will
(Siehe online unter https://doi.org/10.1364/AO.55.004564) - “Supercontinuum highspeed cavity-enhanced absorption spectroscopy for sensitive multispecies detection,” Optics Letters 41, 2322-2325 (2016)
T. Werblinski, B. Lämmlein, F. J. T. Huber, L. Zigan und S. Will
(Siehe online unter https://doi.org/10.1364/OL.41.002322)
