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B. Nozinovic:
"Potentialvergleich Laserzündung zur Serienfunkenzündanlage an einem Vierzylinder-Ottomotor mit Benzindirekteinspritzung";
Betreuer/in(nen): B. Geringer, J. Graf; E 315 Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau, 2006.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Potenzialvergleich zwischen der kon- ventionellen Funkenzündung (FZ) und der Laserzündung (LZ). Es wird primär auf die Unterschiede im Hinblick auf Verbrauch, Emissionen, Abmagerung und Restgasverträglichkeit eingegangen.
Die Versuche wurden an einem 1,8 Liter Motor durchgeführt. Dabei handelt es sich um einen Vierzylinder-Ottomotor mit Direkteinspritzung und Kompressoraufladung. Im Laserbetrieb wurde nur der erste Zylinder mit dem Laser gezündet wobei als Zündquelle ein blitzlampengepumpter und gütegeschalteter Festkörperlaser (Nd:YAG) zum Einsatz kam.
Bei einem Kaltstartversuch wurden die indizierten Mitteldrücke der beiden untersuchten Zündquellen verglichen, um über die Anzahl der Zündaussetzer Aussagen bezüglich Kaltstartfähigkeit der LZ zu machen. Dabei wurde festgestellt, dass ein aussetzerfreier Startvorgang möglich ist.
Nach einem 6-stündigen Dauerlauf im homogenen Motorbetrieb mit einer Luftzahl λ = 1, einer Drehzahl von 2000 min^-1 und einem indizierten Mitteldruck von 3 bar wurde eine konstante Lage des Umsatzschwerpunktes beobachtet. Diese erlaubt es Rückschlüsse auf die Verschmutzung der Einkoppeloptik zu machen, die somit ausgeschlossen werden kann.
Einen der großen Vorteile der LZ stellt die freie Wahl des Zündortes dar, die bei einer Fokuslagen - Variation untersucht wurde. Die Auswirkungen einer zentraleren Lage des Zündortes waren neben der schnelleren Energieumsetzung auch niedrigere NO_x- Emissionen.
FÜr die optimale Lage des Umsatzschwerpunktes muss mit der LZ um eine charakteristische Zündverzugsdifferenz gegenüber der FZ später gezündet werden.
Auf die Unterschiede bei der maximal möglichen Abmagerbarkeit wird in der durchgeführten λ- Variation eingegangen. Eines der wesentlichen Ergebnisse davon ist, dass mit der LZ die verbrauchsoptimale Lage des Umsatzschwerpunktes in allen un- tersuchten Lastpunkten und im gesamten Variationsbereich der Luftzahl (λ) eingehalten werden konnte. Weiters werden unter anderem die Unterschiede bezüglich Energieumsetzung, Emissionen und Verbrauch beschrieben.
Bei der Variation der Abgasrückführrate (AGR) wurden die erreichbaren Restgasverträglichkeiten untersucht. Mit Hilfe der Laserzündung war es auch hier möglich, bei gleicher Laufruhe, den Betriebsbereich bei höheren AGR - Raten länger verbrauchsoptimal zu halten.
Aus der Auswertung der Heizverläufe konnte kein Unterschied in der Energieumsetzung festgestellt werden. Der Einfluss der Zündquelle auf die eigentliche Verbrennung kann somit ausgeschlossen werden.
Im geschichteten Motorbetrieb wurden mehrere ZZP - AGR - Variationen durchgeführt. Diese Messungen fanden bei 3 verschiedenen Kraftstoff -Einspritzenden statt; jeweils eine vor, nach und beim serienmäßigen Einspritzende. Hierbei zeigen die Messungen, dass mit der Laserzündung mit deutlich höheren AGR - Raten gefahren werden kann und dass sich besonders in diesem Bereich durch den geringeren Zündverzug (ZV) Vorteile bei Verbrauch und Motorlaufruhe ergeben. Neben den geringeren HG -Emissionen konnte durch eine Betriebspunktverlagerung bei der LZ eine deutlich geringere NO_x -Bildung erzielt werden.
Mit Hilfe der LZ war es möglich, durch eine Zündortwahl bei großer Fokuslage, den Kraftstoffstrahl dieses wandgeführten Brennverfahrens zu entzünden. Dadurch soll die Möglichkeit einer direkten Zündung im Kraftstoffstrahl mit Hilfe der LZ aufgezeigt werden.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass den höheren Anschaffungskosten und dem größeren Platzbedarf einer LZ der Nutzen durch die höhere Abmagerbarkeit und die höhere mögliche Abgasrückführung sowie die damit verbundenen Vorteile gegenüber stehen, die es abzuwiegen gilt.