Das Wissen um die räumlichen Temperaturverläufe im Motorbrennraum unmittelbar vor der Zündung ist von großer Bedeutung für das Verständnis des folgenden Verbrennungsprozesses und dessen numerische Simulation. Dies gilt insbesondere für moderne Schichtlademotoren und für Motoren mit Abgasrückführung, in denen sehr inhomogene Temperaturverteilungen zu erwarten sind, die zusammen mit anderen Faktoren starken Einfluss auf die Zündung und den Flammenfortschritt nehmen.

Laserspektroskopische Messtechniken, deren allgemeine Vorteile gegenüber intrusiven Verfahren in der Berührungslosigkeit und hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung liegen, sind für derartige Aufgaben sehr geeignet, bislang existierte allerdings kein sinnvoll einsetzbares abbildendes Verfahren für die Bestimmung zweidimensionaler Temperaturverteilungen zwischen 300 und 1000 K, wie sie im unverbrannten Gemisch vor der Verbrennung typischerweise auftreten. Daher wurde zu diesem Zweck ein Zweilinien-Temperaturmessverfahren entwickelt, das auf der Laser-induzierten Fluoreszenz von Ketonen basiert. Abbildung 1 zeigt die systematische Verschiebung der Absorptionsspektren von 3-Pentanon mit der Temperatur. Diese Charakteristik wird mit Hilfe der Zwei-Linienanregung zur Temperaturmessung genutzt. Das Verhältnis der Signalintensitäten nach 248 nm und 308 nm Anregung ist eine eindeutige Funktion der Temperatur (rechts).

Abbildung 2: Temperaturverteilung im unverbrannten Gemisch in einem optisch zugänglichen Zweitaktmotor. Verbrannte Bereiche sind schwarz dargestellt.

Die vielfältigen Möglichkeiten, die dieses Verfahren bietet, wurden durch Messungen an einem Zweitakt-motor mit optisch zugänglichem Brennraum untersucht, der mit dem nicht-fluoreszierenden iso-Oktan als Kraftstoff betrieben wurde. Zwei Excimerlaser dienten der Anregung der dem Kraftstoff zugesetzten Marker-Spezies 3-Pentanon mit hochenergetischen Lichtpulsen der Wellenlängen von 248 nm und 308 nm. Das Fluoreszenzlicht wurde von zwei bildverstärkten CCD-Kameras detektiert. Aus dem temperaturabhängigen Verhältnis der Fluoreszenzlichtintensitäten lassen sich durch einen Bildverarbeitungsprozess die zweidimensionalen Temperaturfelder im unverbrannten Frischgas gewinnen (Abbildung 2). Schwarz sind die Gebiete des verbrannten Gases dargestellt.

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Weitere Verfahren zur Temperaturmessung mit Tracern:

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