Endoskopische LIF-Messungen am Verbrennungsmotor

Mit einem genauen Blick in das Innere eines Verbrennungsmotors.

Ingenieuren der Uni Duisburg-Essen (UDE) und der Uni Stuttgart ist es nun gelungen, ein Endoskopsystem zu entwickeln, das neuartige Messungen und Untersuchungen im Motorbrennraum ermöglicht.

Bereits eine kleine Bohrung im Motor reicht aus, um erstmals eine zweidimensionale Messung von verbrennungsrelevanten Größen wie der Sauerstoff- und Kraftstoffverteilung im Motorbrennraum durchzuführen. Ziel der Wissenschaftler ist es, die Einspritz- und Gemischbildungsvorgänge gezielt zu untersuchen und zu optimieren. Dabei ergänzen sich die vom Institut für Verbrennung und Gasdynamik (IVG) der UDE entwickelten LIF-Messtechniken optimal mit den neuartigen Optikkonzepten des Instituts für Technische Optik (ITO) der Uni Stuttgart. Gefördert wurde die gemeinsame Entwicklungsarbeit von der Landesstiftung Baden-Württemberg.

Bei der Anwendung des Laserinduzierten Fluoreszenz (LIF)-Messverfahrens werden einem Ersatzkraftstoff Substanzen als „Tracer“ (Marker) beigefügt. Bei laufendem Motor werden diese dann durch einen optischen Laser-Lichtschnitt angeregt und senden Fluoreszenzlicht aus. Dieses ist zwar sehr schwach, kann aber mit dem neu entwickelten optischen System des Endoskops durch eine nur 10mm kleine Bohrung mit hoher Lichtstärke wahrgenommen werden. Wichtig für die Realisierung der leistungsfähigen Systeme sind insbesondere die integrierten auf Lichtbeugung basierenden Komponenten im Optikdesign. Im Vergleich zu dem besten käuflichen UV-Endoskop erzielt das neue System etwa die 10-fache Lichtstärke und ermöglicht dadurch Messungen, die bisher ausschließlich nicht minimalinvasiv durchgeführt wurden.

Hochaktuell ist das Endoskopsystem auch als Schlüsseltechnologie für die industrielle Motorenentwicklung: Momentan arbeiten die UDE-Ingenieure am IVG daran, die neuen Optiken zur Messung des Kraftstoff- / Luftverhältnisses am seriennahen Motor zu verschiedenen Zeitpunkten nutzen zu können. Sind die Experimente erfolgreich, können die Forscher in Zukunft die Gemischbildung bei direkt einspritzenden Motoren genau charakterisieren.

Überzeugen konnte der System-Prototyp bereits auf der internationalen Optikmesse „Photonics Europe 2008“ in Straßburg. Dort wurde die Entwicklung mit dem Preis der höchstbewerteten Kategorie, den des „Best Overall Product“, ausgezeichnet.

Weitere Infos: Christopher Gessenhardt, Tel. 0203/379-3543, christopher.gessenhardt@uni-due.de

Redaktion: Cathrin Becker, Tel 0203/379-1489