Zündkerzensensor

Die aktuelle EU-Verordnung zur Reduktion des CO2-Ausstoßes besagt, dass die durchschnittliche Emission von Neuwagen bis 2021 auf 95 g/km gesenkt werden muss. Die Verwendung von Erdgas (CNG, engl.: Compressed Natural Gas) als Treibstoff ist eine der Möglichkeiten, eine deutliche Reduktion der CO2-Emissionen zu erreichen.

Die Entwicklung effizienter und emissionsarmer CNG-Motoren ist eine neue Herausforderung, da sich die physikalischen Eigenschaften von Gas deutlich von Otto-Kraftstoffen unterscheiden. Dies wirkt sich direkt auf Gemischbildungs- und Verbrennungsprozesse im Motor aus. Daher wird dringend eine Messtechnik benötigt, welche die Konzentration der am Motorzyklus eines PKW-Viertaktmotors beteiligten Gase (Methan, Wasser und Kohlenstoffdioxid) zeitaufgelöst (100 μs) bestimmt.

Die Abteilung Photonische Sensorik arbeitete bis Mitte 2017 gemeinsam mit dem Institut für Verbrennungs- und Gasdynamik der Uni Duisburg-Essen sowie den Firmen LaVision GmbH und Volkswagen AG an der Lösung dieses Problems im Projekt OMeGa-E (Optische Messung der Gemischbildung am Erdgasmotor).

Der auf IR- Absorption basierende ICOS-Zündkerzensensor zur Messung der Gemischbildung im Motorbrennraum, welcher gemeinsam mit LaVision entwickelt wurde, ist im Rahmen dieses Projekts zur Messung an CNG-Luft-Gemischen weiterentwickelt worden.

Die Ergebnisse bei Volkswagen an einem Prüfstandsmotor und an einer Rapid Compression Machine an der Universität Erlangen zeigten die Funktionstüchtigkeit des ICOS-Systems. Basierend auf dieser erfolgreichen Prototypentwicklung wird ein kommerzieller Sensor von LaVision hergestellt und vertrieben, mit dem Erdgasmotoren optimiert und somit klimafreundlicher gebaut werden können.

 

Weiterführende Informationen

P.  Kranz, D. Fuhrmann, M. Goschütz, S. Kaiser, S. Bauke, K. Golibrzuch, H. Wackerbarth,
P.  Kawelke, J. Luciani, L. Beckmann, J. Zachow, M. Schuette,  O. Thiele, T. Berg:
In-cylinder LIF imaging, IR-absorption point measurements, and a CFD simulation to evaluate mixture formation in a CNG-fueled engine, SAE Technical Paper 2018, 2018-01-0633, 2018.

S. Bauke, K. Golibrzuch, H. Wackerbarth, P.  Fendt, L. Zigan, S. Seefeldt, O. Thiele, T. Berg:
Optical sensor system for time-resolved quantification of methane concentrations: validation measurements in a rapid compression machine, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 210, 101-110, 2018.

K. Golibrzuch, F.-E. Digulla, S. Bauke, H. Wackerbarth, O. Thiele, T. Berg:
Optical sensor system for time resolved quantification of methane densities in CH4-fueled spark ignition engines, Applied Optics, 56 (22), 6049-6058, 2017.

S. Bauke, K. Golibrzuch, F. Rotter, H. Wackerbarth, O. Thiele, T. Berg:
Quantitative, time-resolved detection of CH4 concentrations in flows for injection analysis in CNG engines using IR absorption, Journal of Sensors and Sensor Systems, 6 (1), 185-198, 2017.

A. Grosch, H. Wackerbarth, O. Thiele, T. Berg, L. Beckmann:
Infrared spectroscopic concentration measurements of carbon dioxide and gaseous water in harsh environments with a fiber optical sensor by using the HITEMP database, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 133, 106-116, 2014.

A. Grosch, V. Beushausen, H. Wackerbarth, O. Thiele, T. Berg, R. Grzeszik:
Calibration of mid-infrared transmission measurements for hydrocarbon detection and propane concentration measurements in harsh environments by using a fiber optical sensor, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 112 (6), 994-1004, 2011.

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Laser-Laboratorium Göttingen e.V. (LLG)

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"Photonische Sensorik"

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FAX: +49(0)551/5035-99
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