Laserzündung : Potenzial bei ottomotorischen Brennverfahren und Anforderungen für die praktische Umsetzung

Abstract

Die Aufgabenstellung und die Ziele dieser Dissertation waren die Ermittlung des Potenzials der Laserzündung bei verschiedenen ottomotorischen Brennverfahren sowie die Auswahl einer optimalen Einkoppeloptik für minimale Laserzündenergie.<br />Der Hauptfokus der momentanen Entwicklung beim Ottomotor liegt in der Erzielung eines geringen Teillastverbrauches. Eine wichtige Möglichkeit zur Reduktion des Kraftstoffverbrauches und der Stickoxide bietet die Abgasrückführung im Teillastbereich, sowie der homogene Magerbetrieb durch weitere Entdrosselung des Teillast-Motorbetriebes.<br />Zusammenfassend kann bei beiden homogenen Brennverfahren gesagt werden, dass durch den kürzeren Zündverzug bei der Laserzündung und daher späteres Erreichen der Aussetzergrenze es möglich war, den 50%-Umsatzschwerpunkt deutlich länger an einer verbrauchsoptimalen Lage zu halten als mit der Funkenzündanlage. Dies bietet je nach Lastpunkt die Möglichkeit den Motor bei höherem Restgasgehalt oder höherer Luftzahl zu betreiben und dadurch Verbrauchsvorteile und reduzierte NOx-Emissionen zu erzielen. Eine bessere Motorlaufruhe wurde einhergehend festgestellt.<br />Die bei Magerbetrieb mit Ladungsschichtung erforderliche Bildung einer Gemischwolke mit etwa stöchiometrischer Zusammensetzung im Bereich der Zündelektroden wird durch den Einsatz einer Laserzündung wesentlich vereinfacht. Die Problematik der Kraftstoffbenetzung der Elektroden entfällt sogar gänzlich. Mit den durchgeführten Grundlagenuntersuchungen konnte die grundsätzliche Eignung der laserinduzierten Zündung als zukünftiges Zündsystem für Verbrennungsmotoren mit strahlgeführtem Brennverfahren positiv nachgewiesen werden.<br />Ein wichtiges Ziel der Entwicklungsarbeit war die Absenkung der erforderlichen Laserenergie für eine sichere Zündung um ein kostengünstiges Laserkonzept einzusetzen. Die wesentlichste Anforderung an die Einkoppelungsoptik ist daher die Verschmutzungsfreiheit in jedem Betriebspunkt des Motorkennfeldes zu gewährleisten. Unter dieser Voraussetzung konnte ein erster diodengepumpter Zündlaserprototyp erfolgreich über 100 Betriebsstunden eingesetzt werden.<br />Das Potenzial der Laserzündung für ein zukünftiges Zündsystem ist durchaus gegeben, die Randbedingungen für einen Einsatz bei verschiedenen Brennverfahren wurden ermittelt. Seitens der Komponentenentwicklung ist das vorrangige Ziel die Darstellung eines den motorspezifischen Anforderungen entsprechenden Lasersystems, da letztendlich die monetäre Situation zur Spulenzündung ganz entscheidend sein wird.