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C. Jesse:
"Potentialvergleich Laserzündung - konventionelle Funkenzündung";
Supervisor: B. Geringer, J. Graf; E 315 Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau, 2004.

Am Prinzip der Zündkerze hat sich in den letzten 100 Jahren wenig geändert. Trotzdem musste sie stets weiterentwickelt werden, um der Motorenentwicklung gerecht zu werden. In den ersten Jahren wurde ein großer Entwicklungssprung verzeichnet, doch heute ist man bei einem Punkt angelangt wo man sich an "alternative Zündsysteme" wenden muss, um wieder einen ähnlichen Fortschritt, sowie in den ersten Jahren der Erfindung der Zündkerze zu erzielen.
Ziel dieser Diplomaufgabe ist es, aufzuzeigen ob die laserinduzierte Zündung (LZ) im Vergleich zur konventionellen Funkenzündung (FZ) bei homogenem Brennverfahren ein höheres Potenzial aufweist, in Bezug auf:
. Zündgrenzen
. Brenndauer
. Zündverzug
. Energieumsetzung
. Wirkungsgrad
Aus den Versuchen an einem Einzylinder- Forschungsmotor ergaben sich folgende Ergebnisse:
Bei der Laserzündung konnte das Benzin - Luftgemisch im Gegensatz zur Funkenzündung ausgehend von Lambda ~1,3 bis Lambda = 1,5(1,6) bei annähernd gleicher Motorlaufruhe abgemagert werden, während dies bei der FZ nicht möglich war, da der Motor bereits an der Aussetzergrenze betrieben wurde.
Mit LZ ist ein aussetzerfreier Motorbetrieb bei deutlich magereren Gemisch (bis Lambda ~ 1,6) möglich.
Will man mit der FZ an die Messergebnisse der LZ im mageren Bereich aufschließen (wenn möglich), ist bei der FZ Turbulenz notwendig, während man bei der LZ darauf verzichten kann.
Die Brenndauer konnte jedoch durch Zündung mittels fokussiertem Laserstrahl gegenüber der Funkenzündung nicht reduziert werden.
Eine schnellere Energieumsetzung gegenüber der Funkenzündung ist nicht eingetreten.
Das größte Potenzial der laserinduzierten Zündung liegt im deutlich geringen Zündverzug, wobei dieser Vorteil durch Erzeugen von Turbulenz noch begünstigt wird.
In allen untersuchten Lastpunkten, über das gesamte Lambdafenster, weist die LZ unter Einfluss von Turbulenz den geringsten Zündverzug auf, wobei dieser Vorteil im mageren Bereich noch deutlicher wird.
Dadurch kann die verbrauchsoptimale Lage des Verbrennungsschwerpunktes bei der LZ viel länger aufrechterhalten werden, da weniger Vorzündung benötigt wird, und man dadurch die Aussetzergrenze im Gegensatz zur Funkenzündung wesentlich später erreicht.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen LZ und FZ ist bei der Zündenergie zu verzeichnen. Bei der Laserzündung verringert sich der Zündverzug mit steigender Zündenergie und der Verbrennungsschwerpunkt verlagert sich in Richtung "früh".
Mit abnehmender Zündenergie ist im mageren Betriebsbereich eine merkliche Verschlechterung des Verbrennungsprozesses feststellbar.
Bei der Funkenzündung bewirkt eine Steigerung der Zündenergie auf das dreifache, bis zu 720mJ keine Vorteile in Bezug auf geringeren Zündverzug, sowie Laufruhe des Motors, sowohl bei Lambda = 1, als auch im mageren Betriebsbereich.
Die Zündenergie hat bei der FZ keinen Einfluss auf den Verbrennungsprozess.
Der geringere Zündverzug der LZ zur FZ im mageren Bereich steht in unmittelbarem Zusammenhang mit geringem Kraftstoffverbrauch, da weniger Vorzündung benötigt wird, und somit die optimale Lage des Verbrennungsschwerpunktes (~8 °KW n ZOT) im Vergleich zur FZ länger aufrechterhalten werden kann, wodurch der Wirkungsgrad steigt.
Weiters kann in den unteren Lastpunkten durch Ladungsbewegung der Kraftstoffverbrauch deutlich abgesenkt werden.
Sinngemäß ist zu erwarten, dass bei der LZ eine bessere AGR - Verträglichkeit, und somit geringere NOx - Emissionen bei sinkendem Kraftstoffverbrauch im Gegensatz zur FZ erzielt werden können.