Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weniger Partikelemissionen

26.01.2011
Motoren mit Direkteinspritzung emittieren ultrafeine Rußpartikel. Diesen Vorgang zu untersuchen und der Partikelemission entgegenzuwirken, ist Ziel zweier Teilprojekte des Sonderforschungsbereichs „Instationäre Verbrennung“. Eigens für die Untersuchungen haben Wissenschaftler des KIT eine neue laserdiagnostische Messtechnik entwickelt.

Feinstaubverordnung und Umweltzonen haben das Thema Feinstaubemissionen in die öffentliche Wahrnehmung gerückt. Ein Großteil vor allem der ultrafeinen Partikel gelangt in Form von Rußteilchen mit den Abgasen von Diesel- und neuerdings auch Otto-Motoren in die Umwelt. Gerade diese ultrafeinen Partikel mit einem Durchmesser kleiner als ein zehntausendstel Millimeter können bis tief in die Lunge eindringen und die Gesundheit des Menschen gefährden.

In modernen Diesel- und inzwischen auch Otto-Verbrennungsmotoren wird der Kraftstoff zur Verbrauchsoptimierung mit hohem Druck direkt in die Brennräume der Zylinder eingespritzt. Dabei kommt es während der Verbrennung unmittelbar am Einspritzstrahl zu äußerst brennstoffreichen Zonen, in denen zwangsläufig Ruß entsteht. Werden die vor allem in frühen Phasen der Verbrennung entstehenden Rußpartikel im weiteren Verlauf nicht oxidiert und damit verbrannt, gelangen sie mit dem Abgas des Motors in die Umwelt. Partikelfilter in Dieselfahrzeugen verhindern zwar die Partikelemission weitestgehend, erhöhen jedoch den Fahrzeugpreis und den Kraftstoffverbrauch.

In zwei interdisziplinären Teilprojekten des Sonderforschungsbereichs (SFB) 606 „Instationäre Verbrennung: Transportphänomene, Chemische Reaktionen, Technische Systeme“, als dessen Sprecher Professor Henning Bockhorn vom KIT fungiert, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Bildung und Oxidation von Ruß in Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung. Sie setzen moderne laserdiagnostische Messmethoden ein, um in optisch zugänglichen Zylinder-Brennräumen Rußkonzentration, Partikelgrößen und Teilchenanzahldichten zu ermitteln.

Die dabei gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen es, die Rußemission der Motoren zu beeinflussen und damit der Partikelemission entgegenzuwirken. Darüber hinaus dienen die Messergebnisse dazu, mathematische Modelle zu erstellen, um die physikalisch-chemischen Prozesse bei der Bildung und Oxidation von Ruß quantitativ zu beschreiben. „Derartige Modelle könnten künftig bei der Entwicklung neuer Motoren eingesetzt werden, um das Verhalten unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu simulieren“, erklärt einer der beteiligten Projektleiter, Professor Rainer Suntz vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie des KIT. „Im Vergleich zu experimentellen Untersuchungen ließen sich dadurch erheblich Zeit und Kosten einsparen.“

Eigens für die Untersuchungen haben Forscher des KIT eine neue laserdiagnostische Messtechnik entwickelt: Zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgende Laserpulse generieren mehrere Messsignale innerhalb einer zehnmillionstel Sekunde. Damit lassen sich Rußkonzentration, Partikelgrößen sowie die Teilchenanzahl im Brennraum eines Zylinders des Motors mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zweidimensional bestimmen.

Die Messungen zeigen eine mehr oder weniger starke Rußbildung direkt über der Kolbenoberfläche. Im eigentlichen Brennraum darüber ist dagegen relativ wenig Ruß zu beobachten. Der Ruß über der Kolbenoberfläche stammt aus sogenannten Pool-Fires – brennenden Kraftstoffpfützen, die sich durch Benetzung des Kolbens aufgrund der Einspritzung kurz vor dem oberen Totpunkt bilden. Dieser Kraftstoff wird vergleichsweise spät verbrannt, wenn er durch die in der Gasphase ablaufende Verbrennung ausreichend erwärmt wurde. Zudem sind die Temperaturen dieser Pool-Fires relativ gering, da die Verdampfung des Kraftstoffs und die hohe Wärmeleitung des Aluminiumkolbens der Verbrennung viel Wärme entziehen. Das führt dazu, dass Zeit und Temperatur für die vollständige Verbrennung der durch Pool-Fires gebildeten Rußpartikel nicht genügen – diese werden mit dem Abgas des Motors emittiert.

In der Energieforschung ist das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine der europaweit führenden Einrichtungen: Das KIT-Zentrum Energie vereint grundlegende und angewandte Forschung zu allen relevanten Energieformen für Industrie, Haushalt, Dienstleistungen und Mobilität. In die ganzheitliche Betrachtung des Energiekreislaufs sind Umwandlungsprozesse und Energieeffizienz mit einbezogen. Das KIT-Zentrum Energie verbindet exzellente technik- und naturwissenschaftliche Kompetenzen mit wirtschafts-, geistes- und sozialwissenschaftlichem sowie rechtswissenschaftlichem Fachwissen. Die Arbeit des KIT-Zentrums Energie gliedert sich in sieben Topics: Energieumwandlung, erneuerbare Energien, Energiespeicherung und Energieverteilung, effiziente Energienutzung, Fusionstechnologie, Kernenergie und Sicherheit sowie Energiesystemanalyse.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts und staatliche Einrichtung des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Monika Landgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Fernerkundung für den Naturschutz
17.08.2017 | Hochschule München

nachricht "Brauchen wir das?" Auf dem Weg zu einer umweltgerechten Bedarfsprüfung von Infrastrukturprojekten
09.08.2017 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten