DE4320943C2 - Verfahren zur Charakterisierung der Arbeitsweise von Verbrennungsmotoren durch Messen der Gaszusammensetzung im Brennraum durch Raman-Spektroskopie - Google Patents

Verfahren zur Charakterisierung der Arbeitsweise von Verbrennungsmotoren durch Messen der Gaszusammensetzung im Brennraum durch Raman-Spektroskopie

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Abstract

Verfahren zur Charakterisierung der Arbeitsweise von Verbrennungsmotoren durch Messung der Gaszusammensetzung im Brennraum durch Raman-Spektroskopie, wobei die Gaszusammensetzung im Brennraum innerhalb des Kompressionstaktes an Orten, wo die Verbrennung noch nicht stattgefunden hat, ortsaufgelöst oder über Orte gemittelt für einen einzelnen Kompressionstakt oder über mehrere Kompressionstakte gemittelt mit gepulsten Hochleistungslasern im unteren UV-Bereich über laserinduzierte Emissionen bestimmt wird, bei gleichzeitiger Messung der Teilchendichten von N 2 , O 2 , H 2 O und Kraftstoff, unter Verhältnisbildung der Teilchendichten zur Bestimmung der verbrennungsrelevanten Größen Stöchiometrie, Restgasanteil und Restgaszusammensetzung.

Description

Die Arbeitsweise eines Motors hängt entscheidend von Größen ab, die nicht genau genug von außen einstellbar sind, wie z. B. der Absolutwert und die räumliche Verteilung der Stöchiometrie oder der Abgasanteil. Obwohl diese Größen im Groben vorgegeben werden, treten im Feinen Schwankungen auf, die erheblichen Einfluss auf die Betriebsbedingungen des Motors haben.
Insbesondere ist beim Ottomotor - z. B. über die Messung der Druckkurve - bekannt, dass die Leistungsabgabe zyklischen Schwankungen unterliegt.
Diese zyklischen Schwankungen werden verursacht durch im Prozent­ bereich liegende Änderungen in der Menge der zugeführten Luft, der Menge des zugeführten Kraftstoffes und Änderungen in dem vom vorherigen Zyklus verbliebenen Abgasanteil. Daher spielen diese kleinen Schwankungen eine entscheidende Rolle für die Arbeitsweise und die Optimierung, insbesondere von Ottomotoren.
Da die Stöchiometrie und auch der Abgasanteil die Leistungsabgabe entscheidend beeinflussen, spielt die kontrollierte Einstellung dieser Größen bei der Entwicklung eine wichtige Rolle. Über eine exakte simultane Messung dieser und aus anderen Teilchendichten resultierender Größen kann die Wirkung externer Maßnahmen auf diese Größen überprüft werden.
In der US 44 44 169 ist ein Sensor beschrieben, durch den durch das Eigenleuchten bei der Verbrennung das Kraftstoff-Luft-Verhältnis bestimmt werden kann. In Applied Optics, 18, 1979, Seiten 3819-3825, wird die Anwendung von kohärenter anti-Stokes Raman- Streuung (CARS) beschrieben. CARS verwendet eine nichtlineare Technik wohingegen die Raman-Spektroskopie sich als lineare Technik darstellt. Das heißt, dass die Raman-Spektroskopie und CARS physikalisch grundlegend verschieden gestaltet sind. Mit CARS kann zwar die Temperatur während des Verbrennungsvorgangs bestimmt werden, nicht aber die Stöchiometrie und Restgasmenge.
In der DE 41 27 712 A1 wird die Anwendung der Ramanstreuung zur Gasanalyse in einer Messzelle beschrieben. Die simultane Messung mehrerer Teilchendichten in einzelnen Laserpulsen ist hieraus nicht bekannt, so dass wichtige Daten zur Bestimmung der Charakterisierung der Arbeitsweise von Verbrennungsmotoren hiermit nicht erhältlich sind.
Gleiches gilt vom Ergebnis her für den Aufsatz in J. Phys. E: Sci. Instrum., 22, 1989, Seiten 123-128, bei dem die Ramanstreuung zur allgemeinen Gasanalyse eingesetzt wird.
Auch aus A. C. Eckbreth "Laser Diagnostics for Combustion Temperature and Species", A. K. Gupta & D. G. Lilley (eds.), Vol. 7, Energy and Engineering Science Series, 1988, Abacus Press, Cambridge, Mass., USA, Seiten 287-289, ist die Anwendung von CARS bekannt, mit den bereits zuvor beschriebenen Nachteilen.
The Review of Scientific Instruments, 40, 1969, Seiten 1541-1544 sieht nicht die Ramanstreuung zur Messung vor, sondern ein Absorptions- Emissionsverfahren, welches im Gegensatz zur Raman-Spektroskopie mit einer Lampe als Lichtquelle durchgeführt werden könnte. Unabhängig hiervon wird in dieser Literaturstelle beschrieben, wie ein Druckaufnehmer in dem Zylinder des Motors angeordnet werden kann.
Mit den bis heute verfügbaren Messmethoden war eine gleichzeitige präzise Messung der oben beschriebenen Größen im Brennraum von Motoren für einen einzelnen Verbrennungszyklus nicht mit hinreichender Präzision möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Nachteil abzuhelfen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, gleichzeitig den verbliebenen Abgasanteil, die zugeführte Luftmenge, die zugeführte Kraftstoffmenge und die Leistungsabgabe (über die Druckkurve) für einen einzelnen Verbrennungszyklus mit so großer Präzision zu ermitteln, dass der Einfluss der zyklischen Schwankung der Gaszusammensetzung auf die Leistungsabgabe bestimmt werden kann. Es ist auch möglich, weitere Größen simultan zu erfassen. Für das Verfahren ist es wichtig, dass diese Messung mit hinreichend hoher Präzision (um 1%) erfolgt, so dass der Einfluss kleiner zyklischer Änderungen in der Gaszusammensetzung auf die Leistung erfasst werden kann.
So kann z. B. messtechnisch erfasst werden, welchen Einfluss der Abgasanteil, die Stöchiometrie - oder auch andere Größen, wieder Druckverlauf des vorherigen Zyklus' - auf die Leistungsabgabe haben. Wichtig ist, dass der Einfluss der Messgrößen auf die Leistungsabgabe messtechnisch - durch die hohe Präzision des Verfahrens - unterschieden werden kann.
Die Messungen können auch gemittelt über verschiedene Zyklen erfolgen. In diesem Fall kann - ohne die Schwankungen im Einzelnen zu kennen - bestimmt werden, bei welchen mittleren Werten von Stöchiometrie und Abgasanteil der Motor arbeitet. Bei Variation von motorischen Bedingungen kann - gemittelt - z. B. der Einfluss verschiedener Einspritzvarianten, der Last oder des Zündzeitpunktes auf die Gasmischung vor der Zündung und die Leistungsabgabe bestimmt werden.
Die Messung der Mengen von Luft, Kraftstoff und der Menge des verbliebenen Abgasanteils erfolgt nach dem Verfahren über spontane Ramanstreuung. Es ist wohlbekannt, dass die Ramanstreuung für die Messung der Dichten von Majoritätenspezies verwendet werden kann (Eckbreth, A. C. "Laser Diagnostics for Combustion Temperature and Species", A. K. Gupta & D. G. Lilley (eds.), Vol. 7, Energy and Engineering Science Series, 1988, Abacus Press Cambrigde, Mass., USA, Seiten 287-289). Wegen der relativ schwachen Intensität der Ramanstreuung und dem gleichzeitigen Auftreten anderer durch den Laser verursachter Leuchterscheinungen ist es aber schwierig (I) hinreichend viel Signal für die Unterscheidung der kleinen zyklischen Schwankungen zu erhalten und (II) die Ramanemission von den anderen Emissionen zu unterscheiden. Es ist wohlbekannt, dass der Einsatz der Ramanstreuung - z. B. bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen - durch diese anderen Emissionen in der Genauigkeit erheblich eingeschränkt ist (s. Eckbreth).
Zu (I)
Die Erzeugung eines hinreichend großen Signals wird dadurch erreicht, dass die Ramanstreuung mit intensiven gepulsten Lasern, sogenannten Hochleistungs-Pulslasern, im tiefen UV durchgeführt wird. Es ist wohlbekannt, dass die Intensität der Ramanstreuung mit der vierten Ordnung der Frequenz zunimmt und daher im tiefen UV (200-300 nm) besonders intensiv ist.
Zu (II)
Die Unterscheidung von anderen Leuchterscheinungen wird unter anderem dadurch erreicht, dass die Polarisation der Ramanstreuung ausgenutzt wird. Da die anderen durch den Laser verursachten Leuchterscheinungen meist unpolarisiert sind, erhält man durch die Einstellung des elektrischen Vektors des Laserlichtes in Beobachtungsrichtung - vereinfacht gesagt - den Untergrund U und durch Einstellung des elektrischen Vektors des Laserlichtes senkrecht zur Beobachtungsrichtung die Summe Sr + U aus Ramansignal Sr und Untergrund U und kann dann durch Differenzbildung Sr = (Sr + U) - U das Ramansignal separat bestimmen.
In analoger Weise kann - ohne eine Drehung des elektrischen Vektors des Laserlichtes - der Untergrund bestimmt werden, indem die Emission in Beobachtungsrichtung nach Polarisationsanteilen (z. B. durch Polarisationsfilter) analysiert wird. Wiederum liefert die eine Polarisationsrichtung den Untergrund und die andere Polarisationsrichtung Signal + Untergrund, so dass das Ramansignal getrennt bestimmt werden kann. Der Vorzug der letzteren Variante ist, dass in ein und demselben Messvorgang beide Komponenten ermittelt werden können. Daher ist es möglich, die Ramanstreuung von den anderen störenden Leuchterscheinungen zu trennen und die Dichten der Gaskomponenten selektiv, d. h. ohne störende Fremdemissionen, zu ermitteln.
Die Analyse der polarisierten Emission ist wichtig, da sie die Unterscheidung der Emissionen und damit eine selektive Messung der einzelnen Gaskomponenten in Gasgemischen mit komplexer Zusammen­ setzung erlaubt. Die hohe Intensität der Ramanstreuung ist wichtig, da durch sie die Messpräzision so hoch wird, dass die real auftretenden zyklischen Schwankungen in der Gaszusammensetzung vermessen werden können.
Aus den Messdaten kann emittelt werden, unter welchen Bedingungen der Motor arbeitet und ob Verbesserungen vorgenommen werden können. So erhält man z. B. durch Auftragen des Lambdawertes (aus der relativen Intensität von O2 zu Kraftstoff, s. u.) auf der x-Achse, der Abgasmenge (über die Menge des Wassers und O2) auf der y-Achse und der zugehörigen Leistungsabgabe auf der z-Achse die Abhängigkeit der Leistungsabgabe von Stöchiometrie und Abgasanteil. Diese Gegenüberstellung von Ursache und Wirkung gibt eine direkte Vorschrift für eine Optimierung, nach der z. B. ein Einspritzsystem gezielt verändert werden kann und auch überprüft werden kann, ob die Veränderung die gewollte Auswirkung hat.
Die simultane Erfassung der Größen [O2], [N2], [H2O], [f] und [x] (x ist die Dichte der Teilchensorten, f = Kraftstoffmoleküle) vor einem Verbren­ nungszyklus nach der Verdichtung, zusammen mit der Druckkurve des vorigen und aktuellen Verbrennungszyklus', liefert z. B. folgende Informationen:
  • 1. Stöchiometrie der Gasmischung,
  • 2. Abgasanteil vom vorigen Zyklus in der Gasmischung,
  • 3. eingelassene Luftmenge,
  • 4. eingelassene Kraftstoffmenge,
  • 5. die mit dieser Gaszusammensetzung erzielte Leistung,
  • 6. den Einfluss des vorherigen Zyklus' auf den Gasaustausch.
Der Abgasanteil im Motorbrennraum vom vorherigen Zyklus kann aus dem Verhältnis von H2O/N2 (da der Wasseranteil in der zugeführten Luft vernachlässigbar klein ist), aber auch über das Verhältnis O2/N2 bestimmt werden.
Durch die simultane, präzise Erfassung verschiedener Messgrößen ist es also möglich, kausale Zusammenhänge in einzelnen Verbrennungszyklen zu ermitteln und dadurch die Betriebsbedingungen des Motors zu charakteri­ sieren und die Erkenntnisse als Basis zur Optimierung zu verwenden. Als Beispiel sei noch einmal die gleichzeitige Messung der Stöchiometrie und des Abgasanteils in einem bestimmten Messvolumen vor der Zündung simultan mit der Aufnahme der Druckkurve für den aktuellen Verbrennungs­ zyklus genannt.
Diese Messung erlaubt es, die Ursache (Gemischzusammensetzung vor der Zündung) mit der Wirkung (Leistungsabgabe) zu verknüpfen. Durch die simultane Messung weiterer Größen (z. B. der NO-Dichte über LIF, Temperaturen, . . .) in demselben Zyklus können weitere Aussagen über Ursache und Wirkung getroffen werden. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist auch, dass die kleinen Schwankungen in der Gemisch­ zusammensetzung vor der Zündung genau genug erfasst werden können.
Anhand der Darstellungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft beschrieben.
Abb. 1 zeigt zwei Emissionsspektren aus dem Verbrennungsmotor;
Abb. 2 + Abb. 3 zeigen Diagramme, in denen die Hochdruckarbeit über Stöchiometrie aufgetragen ist;
Abb. 4 zeigt schematisch die Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens;
Abb. 5 zeigt schematisch einen Vielkanalanalysator;
Abb. 6 zeigt eine Variante einer Messanordnung von Abb. 4.
Abb. 1 zeigt zwei Emissionsspektren aus dem Verbrennungsmotor. Wenn der elektrische Vektor des Laserlichtes in Beobachtungsrichtung liegt (vgl. Fig. 4), wird der durch Fremdemissionen verursachte Untergrund sichtbar. Wenn der elektrische Vektor des Laserlichtes senkrecht zur Beobachtungsrichtung steht, wird die durch die Ramanstreuung und den Untergrund verursachte Emission sichtbar. Die Differenz ist das Ramansignal. Das Bild zeigt deutlich, dass die Polarisation der Ramanstreuung verwendet werden kann, um den Untergrund zu ermitteln. Bei der quantitativen Deutung ist zu berücksichtigen, dass auch depolarisierte Teile der Ramanstreuung auftreten.
Die Ergebnisse der Voruntersuchungen in Abb. 2 und 3 zeigen, dass es möglich ist - für eine gegebene Betriebsbedingung des Motors - die erwähnten kleinen Schwankungen in der Stöchiometrie im Einzelschuss zu messen. In den Versuchen mit einem VW-Transparentmotor stellte sich z. B. heraus, dass die Schwankungsbreite der Stöchiometrie im Bereich von ΔΛ = 0.2 liegt, d. h. z. B., dass bei einer extern eingestellten Λ-Zahl von 1.0 die gemessenene Λ-Zahl zwischen 0.9 und 1.1 schwankt. Diese Schwankungen sind in Abb. 2 dargestellt. Dass diese Schwankungen genau genug gemessen sind, um den Einfluss der Schwankung der Gasmischung auf die Leistung zu ermitteln, ist an dem simultan gemessenen Druck zu erkennen: für die Zyklen mit fetten Gemischen ist der Maximaldruck hoch und schwankt wenig, für die mageren Zyklen ist der Maximaldruck tiefer und schwankt erheblich stärker. Abb. 3 zeigt Ergebnisse von Messungen, die neben der Stöchiometrie auch den zusätzlichen Einfluss des Abgasanteils darstellen. Das Bild zeigt den erreichten Maximaldruck als Funktion der Stöchiometrie und des Abgasanteils und wird hier als Kennfeld bezeichnet. Offensichtlich führen größere Abgasanteile zu kleineren Drücken und damit zu weniger Leistungsabgabe.
Das Kennfeld, das hier für eine Arbeitsweise des Motors dargestellt ist, hängt von der Arbeitsweise des Motors ab. Es kann zur Unterscheidung der verschiedenen Arbeitsweisen verwendet werden.
Insbesondere liefert auch die Druckkurve des vorherigen Zyklus wichtige Informationen z. B. über die Historie des Gasaustausches im Brennraum. Wenn z. B. der Druck im vorherigen Zyklus groß war, findet man im Folgezyklus - für eine bestimmte Betriebsbedingung - weniger Kraftstoff. Dieses wird erklärt durch den noch nicht vollständig abgebauten Druck während des Einlasses des Kraftstoffes. Die Korrelation zwischen der vorherigen Druckkurve mit dem Kraftstoffanteil liefert daher indirekte Information über den Gasaustausch im Brennraum. Die absolute N2-Menge liefert Informationen über die gesamte eingelassene Luftmenge und damit z. B. über die Drosselklappenstellung, die den Druck im Saugrohr reguliert. Auf diese Weise werden - über den durch die Majoritätendichten charakterisierten Gasaustausch - indirekte Rückschlüsse über die gasdynamischen Prozesse nicht nur im Brennraum gewonnen.
Die Erkenntnisse, die aus diesen Ergebnissen hervorgehen, sind wesentlich: durch die präzise Messung der Stöchiometrie und des Abgasanteils ist es möglich, ein Kennfeld (Abb. 3) aufzunehmen, das es erlaubt, die Leistungsabgabe des Motors so zu optimieren, dass der Druck - als Funktion der beiden wichtigen Größen Stöchiometrie und Abgasanteil - maximal wird. Dieses sollte z. B. über die Variation der Einspritzung oder andere relevante Einflussparameter geschehen.
Die Messungen können auch gemittelt über verschiedene Zyklen erfolgen, falls das Signal im Einzelschuss nicht genügend Intensität liefert. Bei diesen Messungen mitteln sich die kleinen Schwankungen in der Stöchiometrie und im Abgas weg, so dass in einer Darstellung wie in Abb. 3 die Schwan­ kungen sehr viel kleiner werden und reproduzierbare charakteristische Daten gewonnen werden. Man kann dann als Funktion anderer motorischer Parameter untersuchen, in welchem Bereich dieses Kennfeldes der Motor arbeitet, d. h. für jede Betriebsbedingung in Abb. 3 einen bestimmten Bereich abdecken.
Messungen mit Raman und Rayleigh-Streuung
Durch die bei verschiedenen Wellenlängen getrennt auftretenden Ramanemissionen von Stickstoff [N2], Sauerstoff [O2], Wasser [H2O] und Kraftstoff (z. B. [C8H18]) ist es möglich, eine simultane Messung der Intensität dieser Emissionen durchzuführen. Die Basis der Verfahren ist vollständig bekannt und auch, dass Stöße bei hohen Drücken eine untergeordnete Rolle spielen. Im Folgenden wird kurz beschrieben, auf welcher Basis hier die Daten ausgewertet werden. Es gilt:
liram = S σiram [i] E0
mit der Energie E0 des Laserpulses, dem Ramanquerschnitt σiram für Teilchen i und der Partialdichte [i] der Teilchen i. S ist die Empfindlichkeit des Messsystems für den Nachweis von Teilchen i. S ist im Prinzip separat für jede Teilchensorte und jeden Ort zu bestimmen, wird hier aber der Einfachheit halber als konstant angenommen. Für die relative Messung der Dichten der Teilchen i, j gilt:
liram/ljram = Si/Sj σiram/σjram[i]/[j]
d. h., aus der relativen Intensität für die beiden Komponenten kann - ohne dass die Laserenergie oder z. B. die Nachweisempfindlichkeit eingeht - das Verhältnis der Dichten [i]/[j] bestimmt werden. Da sich die Stöchiometrie aus der relativen Intensität von O2 zu Kraftstoff ergibt, ist die Stöchiometrie mit größerer Präzision als die Einzelkomponenten zu erfassen.
Desweiteren ist es möglich, die Intensität der Rayleigh-Streuung gleichzeitig zu messen und - in Verbindung mit der Ramanstreuung - Informationen über die gesamte Dichte (= Summe der Partialdichten der Majoritätenspezies) zu erhalten. Es gilt:
liray = S E0 Σiσiray [i] und wegen
[i] = liram/σiram E0
lray = S Σi (σiray/σiram) liram
Es ist also die Auswertung der Rayleigh-Streuung über die Summe der Ramanintensitäten möglich. Hier fällt die Laserenergie nicht heraus, da sie implizit in der Ramanintensität enthalten ist. Es ist wohlbekannt, dass die Rayleigh-Streuung verwendet werden kann, um über das Gasgesetz - in Verbindung mit dem über die gemessene Druckkurve bekannten Druck zum Zeitpunkt der Messung - die Temperatur zu ermitteln. Auch die Rayleigh- Streuung ist polarisiert und ihre Intensität nimmt mit der vierten Potenz der Frequenz zu. Da die Rayleigh-Streuung sehr viel intensiver als die Raman­ streuung ist, liefert sie für die gesamte Dichte oder die Temperatur eine hohe Messgenauigkeit.
Auf diese Weise können - in Verbindung mit Kalibriermessungen - zunächst separat die partiellen Dichten von Kraftstoff, Luft und Wasser bestimmt werden. Daneben kann über kombinierte Messung der Druckkurve und der Rayleigh-Streuung die Temperatur ermittelt werden.
Eine konkrete Anordnung zum Messen ist - als ein Beispiel aus vielen - in Abb. 4 dargestellt. In diesem Fall wird der intensive gepulste UV-Laserstrahl (1) durch den Brennraum eines Motors geschossen. Dazu sind in den oberen Teil UV-transmittierende Fenster (2) eingesetzt. Neben dem Brennraum mit der Zündkerze (3) und dem Einlassventil (4) ist weiterhin im Querschnitt ein Teil des Saugrohres mit dem Einspritzventil (5) gezeigt. Von einem Abschnitt mit endlicher Länge aus dem Brennraum längs des Laserstrahles wird das gestreute Ramanlicht über ein Fenster im Kolben (6) und einen Umlenkspiegel (7) zum räumlich auflösenden optischen Vielkanalanalysator (8) gelenkt. Dieser ist in Abb. 5 näher beschrieben. Eine Abbildungsoptik (9) bildet die Laserstrahlachse (16) auf den Spalt (10) eines Spektrographen ab. Dieser besteht üblicherweise aus mehreren Spiegeln (11) und einem Dispersionsgitter (12). In dem Spektrographen werden die verschiedenen Emissionen nach Wellenlängen getrennt (entlang der Achse (14)) und mit einer intensivierten, kurz öffnenden CCD-Kamera (13) nachgewiesen. Der Aufbau ermöglicht zusätzlich eine örtliche Zuordnung der Ramanemission längs des abgebildeten Abschnittes aus dem Brennraum entlang der Achse (15). Zur Bestimmung der Polarisation der verschiedenen Emissionen kann z. B. das Rochonprisma zur Trennung verwendet werden. Die beschriebene Anordnung wird üblicherweise - bis auf die Polarisationsanalyse - mit dem Stichwort "örtlich aufgelöster optischer Vielkanalanalysator" bezeichnet.
Abb. 6 zeigt eine andere Realisierung der Messtechnik. Hier ist der optische Zugang zum Motor nur durch kleine Fenster (17) an der Seite realisiert. Auf eines der Fenster (17), durch die der UV-Laserstrahl in Abb. 6 den Brennraum ver­ lässt, kann ggf. verzichtet werden. Der UV-Laserstrahl (1) wird über einen dichroi­ tischen Spiegel (18) in den Brennraum eingekoppelt. Die Ramanemission - und auch andere Emissionen - werden über eines der Fenster (17) an der Seite ausgekoppelt und wiederum mit einem optischen Vielkanalanalysator (8) (vgl. Abb. 5) - und einem Polarisationsanalysator - nachgewiesen. In diesem Fall ist in dem Medium unter Umständen auch noch (etwas) örtliche Auflösung zu erhalten, wenn das Fenster in einer Richtung ausgedehnt ist.
Die Messung kann auch mit anderen spektralen Filtern und anderer Analyse der Polarisation erfolgen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Charakterisierung der Arbeitsweise von Verbrennungs­ motoren durch Messung der Gaszusammensetzung im Brennraum durch Raman-Spektroskopie, wobei die Gaszusammensetzung im Brennraum innerhalb des Kompressionstaktes an Orten, wo die Verbrennung noch nicht stattgefunden hat, ortsaufgelöst oder über Orte gemittelt für einen einzelnen Kompressionstakt oder über mehrere Kompressionstakte gemittelt mit gepulsten Hochleistungslasern im unteren UV-Bereich über laserinduzierte Emissionen bestimmt wird, bei gleichzeitiger Messung der Teilchendichten von N2, O2, H2O und Kraftstoff, unter Verhältnisbildung der Teilchendichten zur Bestimmung der verbrennungsrelevanten Größen Stöchiometrie, Restgasanteil und Restgaszusammensetzung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungen der Teilchendichten in der Luftzufuhr und der Kraftstoffzufuhr separat ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zyklischen Schwankungsbreiten der Messgrößen durch simultane Messungen in einzelnen Zyklen festgestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Zyklus die Druckkurve im Zylinder gemessen wird, um die induzierte Hochdruckarbeit zu ermitteln.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen nahe der Zündkerze erfolgen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass verschieden große Volumina verwendet werden, um Korrelationen zwischen den einzelnen Messungen eindeutiger zu machen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Charakterisierung der Arbeitsweise von Verbrennungs­ motoren Messgrößen des vorangegangenen Zyklus mit den aktuellen Messgrößen korreliert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Temperatur und/oder die NO-Konzentration in demselben Zyklus gemessen und zur weiteren Charakterisierung der Betriebsbedingungen herangezogen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Rayleigh-Streuung gemessen wird, um die Temperatur und die gesamte Teilchendichte zu bestimmen.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationskomponenten der Rayleigh- und Ramanstreuung gleichzeitig gemessen werden und dass die Polarisationseigenschaften der Rayleigh- und Ramanstreuung verwendet werden, um Fremdemissionen zu eliminieren.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Spektrometer oder Filter für die Trennung der Emissionen verwendet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der laserinduzierten Emissionen eine empfindliche Kurzzeitkamera verwendet wird.
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