oder Emulsionseinspritzung auf die homogene Dieselverbrennung

2.3 Chemische Kinetik
2.3 Chemische Kinetik
Seit den ersten optischen Untersuchungen zur homogenen Kompressionszündung
durch Onishi [OJS + 79] ist bekannt, dass sich die Verbrennung deutlich
von einer turbulenten Flammenausbreitung im Ottomotor oder der Diffusionsflamme
im Dieselmotor unterscheidet. Vielmehr kann ein feines Muster
an Dichtegradienten in Schlieren- oder Schattenaufnahmen wie auch in dieser
Arbeit, beispielsweise in Abschnitt 6.1, beobachtet werden. Dies ist durch
Gradienten der Temperatur – beispielsweise durch die äußere Berandung –
oder der Konzentration an Kraftstoff durch eine endliche Mischdauer begründet,
die in technischen Anlagen nie zu vermeiden sind. Sind diese Gradienten
nicht derart groß, dass an verschiedenen Orten gleichzeitig frühe und späte
Phasen der Oxidation auftreten, so zeigt sich im integralen Druckverlauf eine
mittels chemischer Kinetik begründete ein- oder mehrstufige Entflammung.
Deren kinetische Ursachen sollen in diesem Abschnitt herausgearbeitet werden.
Zunächst wird die Oxidation abstrahiert an einem gradientenlosen Feld,
dem homogenen Reaktor, aufgezeigt. Anschließend werden die durch zündzeitbeeinflussende
Gradienten hervorgerufenen Effekte beleuchtet.
Allgemein lässt sich die Zeitspanne zwischen Beginn der Kraftstoffeinbringung
und der Entflammung in zwei Zeitbereiche aufteilen, die sich in Realität
räumlich wie zeitlich überschneiden: Nach der Einbringung des flüssigen
Kraftstoffs ist es für die Reaktion mit Sauerstoff zunächst nötig, diesen zu
erwärmen, verdampfen und zumindest teilweise mit Sauerstoff zu mischen
(physikalische Zündverzugszeit). Wie wir sehen werden, reagiert diese Mischung
nicht instantan zu den Endprodukten, sondern durchläuft eine Kette
an Reaktionen. Hierdurch ergibt sich eine zweite Zeitspanne bis zum Beginn
einer merklichen Vor- bzw. Hauptwärmefreisetzung, die chemische Zündverzugszeit
8 . Falls nicht anders erwähnt, soll ab hier als Zündverzugszeit die gesamte
Zeitspanne von Einspritzbeginn bis zum Beginn der Hauptwärmefreisetzung
verstanden werden.
8 In Kinetikprogrammen lässt sich der chemische Zündverzug einfach und völlig getrennt vom phsikalischen
Zündverzug untersuchen, indem eine instantane homogene Mischung von Kraftstoff und Oxidator erzeugt wird,
die anschließend chemisch reagiert.
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