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Forschung: Endoskopische LIF-Messungen am Verbrennungsmotor

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. Dabei soll bereits eine kleine Bohrung im Motor ausreichen, 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 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 zehn Millimeter 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 nach Angaben der Wissenschaftler etwa die zehnfache Lichtstärke und ermöglicht dadurch Messungen, die bisher ausschließlich nicht minimalinvasiv durchgeführt wurden.

Aktuell 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, könnten die Forscher in Zukunft die Gemischbildung bei direkt einspritzenden Motoren genau charakterisieren.

Präsentiert und prämiert wurde der System-Prototyp 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.
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