Nieuwe meetmethoden zouden verbrandings-processen in microseconden in een zeer kleine ruimtes in beeld kunnen brengen. Het Center of Smart Interfaces van de Technische Uni-versität Darmstadt gebruikt licht als meetinstrument. Dat wekte de interesse van motorenbouwers in de hele wereld, die met de expertise uit Darmstadt hun motoren sneller en goedkoper zouden kunnen moderniseren.
De innovatieve meetmethode staat in het middelpunt van het relatief jonge vakgebied Reactieve stromingen en Meettechniek. Met laserlicht bekijken de onderzoekers tot nu toe onzichtbare processen, zoals het ontstaan van vlammen in de verbrandingskamer van motoren na de ont-steking. Op deze manier komen ze dichter dan ooit bij het proces, zonder het proces zelf te verstoren respectievelijk te veranderen. Met de klassieke sensoren is dat onmogelijk.
Met deze methode, de zogenaamde laserspectroscopie, zouden weten-schappers voor het eerst kunnen uitvinden, wat er precies in de verbrandingskamer gebeurt, waarom het tot ontstekingsuitval komt of op welk moment en op welke grond schadelijke deeltjes ontstaan. Tot nu toe was de verbrandingskamer een ‘black box’. Wat er gebeurt, als de vlam (beter gezegd de reagerende stroming van lucht en brandstof) tegen de wand van de verbrandingskamer komt, was onbekend. Daarom werden tot voor kort nieuwe inspuitsystemen voor brandstoffen geconstrueerd volgens het klassieke wetenschappelijke ingenieursmodel van proberen en construeren.
Bevriezen
Het principe is simpel: de verbrandingskamer wordt van een klein venster voorzien, waardoor het laserlicht kan binnendringen. De moleculen van de brandstof worden met behulp van een laserimpuls aangestoten, wat ze tot fluorescentie brengt. Omdat het laserlicht sterk monochromatisch is, kunnen de onderzoekers nauwkeurig bepaalde moleculen aanstoten, zodat alleen deze fluoresceren. Zo kunnen ze volgen wanneer en waar bijvoorbeeld koolmonoxide of onverbrande koolwaterstoffen voorkomen.
Voor een momentopname is het voldoende, dat laserlicht slechts een paar nanoseconden in de verbrandingskamer schijnt; op deze manier wordt de momentane toestand quasi bevroren. Moet een heel proces worden bekeken, zoals het raken van de brandstof tegen de wand van de verbrandingskamer, dan kunnen apart lichtflitsen in afstanden van milliseconden het procesverloop quasi scannen. Het fluorescerende licht wordt door een speciale camera opgenomen. Daarmee zien de onder-zoekers waar het vlamfront de wand treft en waar de reactie dooft. Ze willen op deze manier inzicht krijgen hoe ontstekingsuitval of ontwikkeling van schadelijke stoffen tot stand komt.
Vervolg
Wereldwijd gebruiken onderzoeksgroepen de verzamelde data over de constant veranderende stromingssnelheden, temperaturen en de gassamenstellingen voor de doorontwikkeling van hun theoretische modellen en simulatiesoftware. Deze hebben ze nodig voor de ontwikkeling van verbrandingskamers en motoren van de toekomst. Onder meer Bosch BMW en vliegtuigmotorenbouwer Rolls Royce maken gebruik van de data.
