Racing - Verbrennungsmesstechnik

„Messen hat nur dann einen Sinn, wenn die Messergebnisse helfen, sichere Entscheidungen schneller zu treffen“

Verbrennungsmesstechnik in Racing Anwendungen steht unter der Forderung, aus den Ergebnissen Hinweise abzuleiten, die einem Motor zu höchster Leistungsausbeute und Zuverlässigkeit, sowie geringster Trägheit des Systems im Lastwechselbetrieb verhelfen.

Die Spannweiten für Drehzahl und Mitteldruck bringen für jede Rennsportklasse eigene, höchst spezifische Anforderungen mit sich.

Ladungswechsel, Kraftstoffzumessung und Gemischaufbereitung, Verbrennungsablauf und thermische Bauteilbelastung sind die bestimmenden Themen für Verbrennungsmesstechnik bei Variantentests zur Leistungsoptimierung.

Gemischbildung

Optische Diagnosetechniken unterstützen hier mit bildgebenden Methoden die Bewertung der Kraftstoffeinspritzung. Sie machen insbesondere die Wechselwirkung von Strahlausbreitung, Luftströmung und Wandfilmbildung sichtbar.

Damit wird durch den direkten Einblick in ein Saugrohr erkennbar, in welcher Weise Einspritzung und Saugrohrströmung im zeitlichen Ablauf zusammenwirken. Speichereffekte nach Wandfilmbildung werden sichtbar und können durch gezielte Auswahl von Einspritzparametern an die jeweilige Fahrsituation, insbesondere an den Krafstoffbedarf beim Beschleunigen angepaßt werden.

Aus der Messung des Zylinderdrucks und der Flammenstrahlung ist erkennbar, wie erfolgreich sich aus dem eingespritzten Kraftstoff ein homogenes Gemisch bildet, das in einer turbulenten Vormischverbrennung wirkungsvoll umgesetzt wird.

Aus den Flammenmustersignalen wird deutlich, dass eine unzureichende Gemischbildung mit heterogener und fluktuierender Zusammensetzung vorliegt und damit die Leistungsausbeute gemindert ist. Das Verfahren der Flammenmusterbewertung nutzt Lichtleitersensoren, die über Zündkerzen oder eigene Sensorbohrungen in den Brennraum eingeführt werden. Zeitablauf und Signalhöhe des spektral breitbandig erfaßten Flammenleuchtens geben dabei für jeden Zylinder und jeden Zyklus Auskunft, ob die Verbrennung in einer Vormischflamme erfolgt, oder ob heterogene Gemischzonen zeitlich verschleppt und mit verminderter Wärmefreisetzung abbrennen. Mit mehrkanaligen Sensoren ist in Ergänzung zur zeitlichen Signalbewertung auch Information über die örtliche Verteilung heterogener Flammenzonen erfassbar.

Da das Meßverfahren direkt mit Flammlichtsignalen aus dem Brennraum arbeitet, die über dem Kurbelwinkel aufgezeichnet werden, ist es auch bei höchsten Drehzahlen einsetzbar. Insbesondere gelingt damit auch eine Erfassung schnellster Transientvorgänge. Damit sind etwa Beschleunigungstests im Hinblick auf ihre Leistungsentfaltung einerseits durch Druckindizierung, und andererseits im Hinblick auf passende Gemischbildung durch Flammlichtanalyse bewertbar.

Klopfoptimierung

Verdichtungsverhältnis, Kraftstoffchemie und Bauteiltemperaturen setzen der Leistungsdichte in niedrigen und mittleren Drehzahlbereichen durch klopfende Verbrennung Grenzen. Eine Optimierung von Zündwinkeln setzt voraus, daß potentielle Klopfzentren mit hoher Sicherheit von der Flammenfront erfaßt werden, bevor sie zur Selbstzündung gelangen.

Maßnahmen zur Klopfoptimierung verlangen einerseits eine lokal beschleunigte Flammenausbreitung, um Endgasgebiete wirkungsvoll auszubrennen, andererseits ist eine gezielte Kühlung potentieller thermischer Klopfherde äußerst wichtig. Welche Maßnahme in einem konkreten Motor zielführend ist, wird aus der Messung der Klopfortverteilung erkennbar. Unterstützt wird diese Bewertung durch die Messung der Flammenkernbewegung und durch die Analyse des Einflusses von Drehzahl- und Temperatur auf die Klopfgrenze.

Glühzündung

In thermisch besonders hoch belasteten Motoren kann sich das Gemisch frühzeitig an hot spots entzünden und zu irregulärer und damit gänzlich unkontrollierter Verbrennung führen. Das Erkennen disser Zündmechanismen und das Auffinden der Zündorte sind dabei die besten Voraussetzungen für ein wirkungsvolles Vermeiden derart riskanter Verbrennungsereignisse. Erkennbar wird der Ausgangsort einer irregulären Verbrennung durch den Einsatz von Vielkanal Lichtleitersensoren. Die besonderen Erfordernisse zur Messung und Aufzeichnung solcher stochastischer Ereignisse werden mit den Meßsystemen einer Indizierplattform in automatisierten Meßabläufen erfüllt.

Meßservices von Experten der Verbrennungsmeßtechnik nutzen

So hilfreich die beschriebenen Meßergebnisse bei Optimierungsarbeiten auch sein mögen - gerade dann, wenn die Aussagen am dringendsten benötigt werden, müssen passende Sensoren, Meßgeräte, das nötige know how für die Anwendung der Meßtechnik und Bewertung der Ergebnisse oft erst aufgebaut werden.

Genau dafür hat AVL die „Verbrennungsmeßtechnik Services“ eingerichtet. Experten mit einem reichen Erfahrungsschatz aus Einsätzen bei sehr unterschiedlichen Kundenapplikationen und auf AVL eigenen Prüfständen überwinden gemeinsam mit den Technikern des Auftraggebers die ersten Hürden und sorgen für den bestmöglichen Einsatz einer oftmals neuartigen Technik. Sobald dann die Berührungsängste den ersten Erfolgen gewichen sind, sieht jeder Kunde selbst, welcher Mix an eigenständiger Anwendung und Unterstützung durch die AVL Services seinen Aufgaben am besten entegenkommt.

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