Untersuchungen zu den Ursachen von stochastischen Vorentflammungen bei aufgeladenen Ottomotoren
Stefan Palaveev
Die Arbeit behandelt die Erforschung der Ursachen für das Auftreten eines stochastischen Selbstzündungsphänomens bei aufgeladenen Ottomotoren – die sogenannte Vorentflammung. Als Folge des unkontrollierten, frühzeitigen Beginns der Wärmefreisetzung, noch vor der Funkenzündung, kann es zu einer Detonationsverbrennung mit exzessiven Spitzendrücken kommen, die zu kapitalen Motorschäden führen können. Die Ermittlung der Ursachen für die Entstehung der Vorentflammung sowie die Ausarbeitung von geeigneten Gegenmaßnahmen stellt deswegen einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung von effizienten Antrieben dar.
Der Fokus der Untersuchungen in dieser Arbeit liegt auf Mechanismen, die eine Beteiligung von Schmieröltropfen in der Entstehung von Vorentflammungen beinhalten. In Experimenten am Motorenprüfstand werden Variationen verschiedener Betriebsparameter durchgeführt, die gezielt die Interaktion des Kraftstoffsprays mit dem Schmierölfilm an den Zylinderwänden beeinflussen. Ergänzend zu den experimentellen Untersuchungen werden Simulationsergebnisse der Kraftstoffeinspritzung gezeigt, die das Verständnis der physikalischen Effekte durch die unterschiedlichen Betriebseinstellungen ermöglichen. Ferner wird ein Verfahren zur gezielten synthetischen Nachbildung von einzelnen Vorentflammungen beschrieben. Mit dieser Methode können Vorentflammungsserien ausgelöst und systematisch untersucht werden. Der simultane Einsatz einer Hochgeschwindigkeitskamera ermöglicht optische Aufnahmen von sogenannten Folgevorentflammungen in den ausgelösten Serien. Basierend auf den Erkenntnissen aus diesen Experimenten wird ein für das Auftreten von Vorentflammungsserien verantwortlicher Mechanismus aufgezeigt.
