Neuer Prüfstand für dreidimensionale Untersuchungen im Brennraum

Strömungen im Zylinderkopf

Die verschärfte Abgasgesetzgebung und das Ziel einer Verbrauchsreduzierung von PKW-Diesel- und Ottomotoren erfordern eine Entwicklung und Optimierung neuer Brennverfahren. Dies setzt eine immer genauere Kenntnis der in den Brennraum einströmenden Luftbewegung voraus. Aus diesem Grund kommt am Institut für Maschinenmesstechnik und Kolbenmaschinen ein innovativer Strömungsprüfstand zum Einsatz, der von der Firma JAROS`´ (Cz) entwickelt wurde. Als deutschlandweit einziger, an einer Universität eingesetzter, Prüfstand dieser Bauart ermöglicht er eine dreidimensionale Erfassung der Strömungsverteilung im Brennraum.

Nahezu an jeder Stelle

Herkömmliche, so genannte integrale, Messverfahren erfassen lediglich die aus der Luftströmung resultierende Rotation um die Zylinderhoch- und
-querachse. Im Gegensatz dazu können mit diesem Prüfstand ortsaufgelöst die Geschwindigkeitsvektoren der Strömung an nahezu jeder Stelle des Brennraumes bestimmt werden. Hierzu lassen sich vom Benutzer so genannte Messebenen definieren, die horizontale bzw. vertikale Schnitte durch den Brennraum darstellen. Auf diesen Messebenen kann die Anzahl und Lage der Messpunkte vom Benutzer frei gewählt werden.

Kernelement des Strömungsprüfstands ist eine neuartige Druckmesssonde, aus deren Messwerten die Strömungsgeschwindigkeit im Messpunkt berechnet wird. Besonderheit dieser Sonde ist eine gleichzeitige Druckerfassung in mehreren Achsenrichtungen. Ein in Bezug auf die Messsondengröße optimiertes Design verhindert dabei eine Beeinflussung der Strömung während der Messungen.

Von der graphischen Darstellung über Messdatenexport bis hin zur Berechnung von Ladungsbewegungskennzahlen bieten sich zahlreiche Möglichkeiten der Messdatenauswertung. Vergleichbare Messergebnisse lassen sich nur mit einem laseroptischen Strömungsprüfstand erzielen, jedoch mit deutlichen Nachteilen bezüglich der Anforderungen an stabile Umgebungsbedingungen sowie deutlich höheren Anschaffungs- und Betriebskosten.

Eingesetzt wird der Prüfstand bereits in unterschiedlichsten Forschungsprojekten, beispielsweise für Einlasskanal- und Brennraumvariationen, aber auch der Abgleich dreidimensionaler Strömungssimulationsrechnungen wird mit gutem Erfolg praktiziert. Zunehmendes Interesse an einer Zusammenarbeit wird auch von der Automobilindustrie signalisiert. Erste gemeinsame Forschungprojekte wurden bereits erfolgreich abgeschlossen.

   Bernd Naumann