Ignition phenomena of ethanol under IC-engine-like conditions: Shock-tube experiments and kinetics modeling

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Ethanol-basierte Kraftstoffe gewinnen in der derzeitigen Diskussion über biogene Alternativkraftstoffe immer stärker an Bedeutung. Die Verbrennungseigenschaften von alkoholhaltigen Kraftstoffen unterscheiden sich jedoch gegenüber denen der konventionellen fossilen Brennstoffe. Einerseits erhöht Ethanol die Klopffestigkeit von alkoholhaltigen Kraftstoffen, welche bei Ottomotoren mit Hochaufladung zu einer Wirkungsgradsteigerung genutzt werden kann. Andererseits kann Ethanol eine unkontrollierte Vorzündung an heißen Oberflächen herbeiführen, welche die Verbrennungsqualität stark beeinträchtigt und u.U. zu Motorschäden führen kann. Diese gegensätzlichen Verbrennungseigenschaften konnten mit Hilfe aktueller chemischen Reaktionsmechanismen nicht erklärt werden, wodurch eine Entwicklung von neuartigen Kraftstoffmischungen und deren Beschreibung im Hinblick auf die Verbrennungsanomalien in Verbrennungsmotoren stark eingeschränkt ist.Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von chemischen Reaktionsmodellen Ethanol-haltiger Kraftstoffgemische. Da experimentelle Datensätze besonders für den Bereich der Niedertemperaturzündung nur spärlich verfügbar sind, werden Untersuchungen in Stoßwellenrohren durchgeführt, welche die notwendigen Zündverzugszeiten und zeitaufgelöste Spezieskonzentrationen in diesem Temperaturbereich liefern. Alle aus den experimentellen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in die numerische Modellbildung ein und werden zur Validierung dieser Modelle herangezogen. Die Modellierung basiert auf vorhandene Submechanismen der einzelnen Kraftstoffkomponenten, welche mittels Sensitivitätsanalysen für die relevanten Kraftstoffmischungen reduziert werden. Der Einfluss der durch Temperaturinhomogenitäten verursachten Vorzündung wird unter motorrelevanten Bedingungen durch eine kontrollierte heiße Oberfläche im Stoßwellenrohr systematisch untersucht.