Brennraumablagerungen finden sich in praktisch allen Verbrennungsmotoren nach einigen hundert Betriebsstunden. Die Ablagerungen bilden sich auf Zylinder-, Kolben- und Zylinderkopfoberflächen, die während des Motorbetriebs mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch in Berührung kommen. Zu den Auswirkungen von Ablagerungen gehören erhöhte NOx-Emissionen am Motorausgang, ein höherer Oktanbedarf sowie Veränderungen der Flammengeschwindigkeit und des thermischen Wirkungsgrads. Es wird ein Rahmen für die Untersuchung der physikalischen und chemischen Prozesse entwickelt, die zur Bildung von Brennraumablagerungen beitragen. Zunächst wird eine Hypothese für den allgemeinen Mechanismus der Ablagerungsbildung auf der Grundlage einer Übersicht über frühere Arbeiten zu diesem Thema entwickelt. Die wichtigsten Merkmale dieses Mechanismus sind die Bildung von Ablagerungsvorläuferspezies aus Kraftstoff und Luft beim Erlöschen der Flamme an der Motorwand, der diffusive und konvektive Transport dieser Spezies zur Wand und die Kondensation oder Adsorption an der Wandoberfläche. Das Experimentalsystem und die Methodik, die in dieser Arbeit entwickelt wurden, sollen einen Einblick in die Wechselwirkungen zwischen diesen Prozessen geben und insbesondere die chemischen Mechanismen untersuchen, die zur Bildung von Ablagerungsvorläuferspezies beitragen. Mit einem gekühlten Niederdruck-Flachbrenner werden stationäre Propan-Luft-Flammen erzeugt, die mit Toluol, einer bekannten ablagerungsbildenden Substanz, dotiert sind.

(Forts.) Konzentrations- und Temperaturprofile werden mit Hilfe der Infrarotspektroskopie und Gaschromatographie gemessen. In Verbindung mit den Experimenten wird ein eindimensionales numerisches Modell entwickelt, das in der Lage ist, die Flammenlöschung mit Ablagerungen über einen Bereich von Bedingungen zu simulieren, der von den Niederdruck-Experimenten im stationären Zustand des Brenners bis hin zu den Bedingungen bei hohem Druck und schnellen Transienten im Motor reicht, wobei chemische Mechanismen der Vorläuferbildung verwendet werden, die experimentell bestimmt werden können. Die Modellierung der Ablagerung mit vereinfachten chemischen Mechanismen zeigt, dass die Ablagerung durch Kondensation die von anderen Forschern in Experimenten beobachteten Trends reproduzieren kann; die Adsorption könnte jedoch immer noch ein Faktor sein. Experimentelle Beobachtungen von mit Toluol dotierten Flammen zeigen die Bildung von sauerstoffhaltigen Verbindungen wie Benzaldehyd und Benzofuran, die wahrscheinlich als Vorläufer für Ablagerungen in Frage kommen. Die in dieser Arbeit entwickelte Methodik ist vielversprechend, um die Identität von Ablagerungsvorläufern und die Bildungsmechanismen für wichtige Brennstoffkomponenten zu bestimmen und die Rolle von Gasphasenprozessen bei der Bildung von Ablagerungen in der Brennkammer zu klären.