Brennraumgestaltung

Brennraumgestaltung bezeichnet die Auslegung des Brennraums, in dem die Verbrennung stattfindet, insbesondere in Verbrennungsmotoren, Turbinen und Brenneranlagen. Ziel ist eine effiziente, vollständige Verbrennung bei niedrigen Emissionen, geringen Wärmeverlusten und sicherem Betrieb. Die Geometrie des Brennraums, die Anordnung von Zündung und Einspritzung sowie die Luft- und Kraftstoffführung bestimmen den Verbrennungsablauf maßgeblich.

Wichtige Gestaltungselemente sind das Volumen und die Form der Brennraumdecke, die Position von Zündkerze bzw. Einspritzdüsen, sowie die Geometrie von Misch- und Flammenfront. Durch Formgebung wird Turbulenz (Swirl, Tumble) erzeugt, die die Mischung verbessern und eine stabile Verbrennung ermöglichen. Das Verdichtungsverhältnis, der Brennstofftyp und die Einspritzstrategie unterscheiden Otto- von Dieselmotoren in der Auslegung.

Typische Brennraumformen umfassen kuppelförmige Decken, pent-roof- oder toroidale Geometrien sowie bowl-in-piston-Konstruktionen. Otto-Motoren verwenden oft pent-roof- oder kuppelförmige Decken, Diesel-Motoren setzen auf kompaktere Bowl-Designs zur besseren Vermischung und Zündung. In Turbinen- oder Brenneranwendungen dienen annular- oder zylindrische Brennkammern der Flammenführung und dem Wärmetransfer.

Materialien reichen von Leichtmetalllegierungen (z. B. Aluminium) über Gusseisen bis zu keramischen Beschichtungen, die Wärmestrahlung verringern oder Verschleißquellen reduzieren. Oberflächenbearbeitung, Kühlung der Brennraumwand und Temperaturmanagement sind zentrale Aspekte der Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Emissionskontrolle.

Die Auslegung erfolgt durch Experiment und Simulation. CFD-Modelle, in-cylinder-Druckmessungen, Emissionsmessungen und optische Untersuchungen unterstützen die Evaluierung von Flammenfront, Turbulenz und Wärmeverlusten. Ziel ist ein Gleichgewicht zwischen Leistungsfähigkeit, Effizienz und Einhaltung rechtlicher Emissionsgrenzwerte.