Bestimmung der dreidimensionalen Geschwindigkeitsverteilung in einem 4-Ventilmotor mit Hilfe holographischer Particle-Image Velocimetry (HPIV)

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In modernen Strategien von Verbrennungsmotoren zur Effizienzsteigerung und Reduzierung des Schadstoffausstoßes ist die Ausbildung der Zylinderinnenströmung von zentraler Bedeutung. Der Mischungs- und Verbrennungsprozeß eines Hubkolbenmotors wird in erheblichem Maße durch die Zylinderinnenströmung beeinflußt. So bewirkt z.B. ein hohes konvektives Geschwindigkeits- und Turbulenzniveau kurz vor der Zündung eine erhöhte Brenngeschwindigkeit, womit u.a. ein verbesserter thermischer Wirkungsgrad des Verbrennungsprozesses verbunden ist. Im geplanten Forschungsvorhaben soll die Gasströmung im Zylinder eines fremdgetriebenen 4-Ventilmotors mit der holographischen Particle-Image Velocimetry (HPIV) während der Einlaß- und Kompressionsphase bei realistischen Motordrehzahlen untersucht werden. Da es in Hubkolbenmotoren zu zyklischen Schwankungen des Geschwindigkeitsfeldes kommt, reichen für eine vollständige Beschreibung der stark dreidimensionalen Strömung einzelne Messungen innerhalb einer Ebene nicht aus. Daher wird als Meßtechnik die holographische Particle-Image Velocimetry entwickelt und eingesetzt. Sie ermöglicht das zeitgleiche Aufzeichnen mehrerer paralleler Ebenen. Innerhalb der Ebenen werden alle drei Komponenten des Geschwindigkeitsvektors mit hoher Genauigkeit bestimmt. Das räumliche Auflösungsvermögen ist mit etwa 1 mm ausreichend hoch, so daß neben der Messung großer Strömungsstrukturen eine Charakterisierung der lokalen Turbulenz anhand von Wirbelstärkenverteilungen und integralen Längenmaßen möglich ist.