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 Dünenökosysteme modellieren
23.06.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Es wird zu bunt im Gillbach: Weitere nichtheimische Buntbarschpopulation in Deutschland nachgewiesen
22.06.2017 | Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

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: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Plants are networkers

19.06.2017 | Event News

Digital Survival Training for Executives

13.06.2017 | Event News

Global Learning Council Summit 2017

13.06.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Digital Mobility“– 48 Mio. Euro für die Entwicklung des digitalen Fahrzeuges

26.06.2017 | Förderungen Preise

Fahrerlose Transportfahrzeuge reagieren bald automatisch auf Störungen

26.06.2017 | Verkehr Logistik

Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit

26.06.2017 | Physik Astronomie