Untersuchungen zur Rußbildung von n-Heptan/Luft-Gemischen im Stoßwellenrohr

In dieser Arbeit wurden die Rußbildungseigenschaften der wichtigen Kraft- stoffkomDIponente n-Heptan ausführlich untersucht. Die Bedeutung dieses Kraftstoffes liegt darin, daß er einerseits als Referenzkomponente zur Be- stimmung der Oktanzahl der ottomotorischen KraftstofDIe (indirekte Angabe der Klopfstärke im Ottomotor) verwendet wird. Andererseits besitzt er eine ähliche Cetanzahl (Maß für die Zündwilligkeit) wie die handelsüblichen Die- selkraftstoffe und ist eine wichtige Komponente sowohl von Otto- als auch Dieselkraftstoffen.

Die bei den Experimenten benutzte Meßmethode ist eine berührungslose opti- sche Meßtechnik, die sich für Untersuchungen von Verbrennungsvorgängen als vorteilhaft erwiesen hat. Der Versuchsaufbau wurde in Kapitel 5 beschrieben.

Bei den Untersuchungen wurden die Rußpartikelgröße, die Rußkonzentration die Rußbilduugsgeschwindigkeiten sowie die Rußgrenzen ermittelt. Weiter- hin wurden die Rußinduktionszeit und die Zündverzugszeit gemessen. Auch der Wachstumsvorganührg der Rußpartikeln wurde experimentell untersucht. Die Abhängigkeit der Ru8bildung von Druck und Temperatur war einer der Schwerpunkte der Untersuchungen. Der Einfluß des Luftverhältnisses (?- Variation) auf die Rußbildung wurde ebenfalls ausführlich untersucht. Die Ergebnisse wurden in Kapitel 6 dargestellt. Zur Auswertung der Meßdaten wurde die Mie-Streuungstheorie herangezo- gen. Diese wurde in Kapitel 2 zusammenfassend vorgestellt. Im gleichen Kapitel wurden auch die logarithmischen Verteilungsfunktionen analysiert, die zur Darstellung der Größenverteilung der Rußpartikeln häufig gebraucht werden.

In Kapitel 3 wurden die Voruntersuchungen der Rußbildung an einer Acethylen-Diffusionsflamme beschrieben. Dort wurden die optischen Meßver- fahren, die später am Stoßwellenrohr eingesetzt werden, getestet.

Das Dispersionsquotienten-Verfahren und dessen Anwendung zur Auswertung der Meßdaten, die mit dem 5to8wellenrohr erzielt werden, wurden in Kapitel 4 analysiert. Der Einfluß des Brechungsindex und der Verteilungsfunktion auf den Dispersionsquotienten wurde numerisch untersucht.

Bei den Experimenten zur Bestimmung des Dispersionsquotienten wurde fest- gestellt, daß die Wassertröpfchen, die sich an den Glasfenstern niederschlagen, einen großen Einfluß auf das Meßsignal haben. Dieses Problem wurde im Rah- men dieser Arbeit gelöst, siehe Kapitel 4.

Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse bieten eine urnfassende Basis bzw. ein sicheres Vergleichsobjekt für künftige numerische Simulationen der Rußbildung von n-Heptan/Luft-Gemischen, die wegen der Komplexität der Rußbildungsprozesse bisher noch nicht möglich sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit ermöglichen einen systematischen Überblick über die Rußbildungsei- genschaften von n-Heptan, die ein nötiges Grundwissen für Motorentwicklung darstellen.