Forschungsprojekt
Laserzündung statt Zündkerze
Ein DFG-gefördertes Forschungsprojekt lotet an der Uni Bayreuth die Potentiale der Laserzündung aus. Lange als Alternative zur Zündkerzenzündung gehandelt, scheiterte ihre Verbreitung bisher an ungelösten Problemen. Jetzt soll der Durchbruch kommen.
Effizientere und umweltfreundlichere Brennverfahren in Kraftwerks- und Automobilmotoren sind dringend gefordert. Der mit den neu verfolgten Ansätzen im Brennraum verbundenen Druckanstieg und die Beschleunigung des Gasgemisches führten bisher zu neuen Problemen, denen man bisher nicht Herr werden konnte. Das von Prof. Dr.-Ing. Dieter Brüggemann am Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT) der Universität Bayreuth geleitete Forschungsprojekt wird jetzt die Strömungs- und Zündungsprozesse im Brennraum mit größtmöglicher Präzision analysieren und das nötige Knowhow für künftige industrielle Anwendungen erarbeiten.
»Ein besonderer Vorteil dieses neuen Vorhabens liegt darin, dass wir alle Untersuchungen industrienah an Prototypen durchführen können, die uns von einem großen Automobilzulieferer zur Verfügung gestellt werden«, sagt Dipl.-Phys. Sebastian Lorenz, der das Vorhaben koordiniert. Und das Verfahren hat erhebliche Vorteile, wie Lorenz erklärt: »Dr. Sreenath Gupta vom Argonne National Laboratory in den USA hat kürzlich nachgewiesen, dass Laserzündung die Chance bietet, stickstoffhaltige Abgase um bis zu 70 Prozent zu senken“, erklärt Sebastian Lorenz.«
Die zur Laserzündung verwendeten »passiv gütegeschalteten« Laserzündkerzen sind preiswert und sehr robust gegenüber Vibrationen und hohen Motortemperaturen. Zudem können sie die als Zündimpulse wirkenden Licht-Impulse in minimalen Intervallen von 60 bis 250 Mikrosekunden aussenden. Im Motorraum entsteht bei der Fokussierung einer solchen Impulskette auf einen bestimmten Punkt im Brennraum ein leuchtendes Plasma, das eine Temperatur von nahezu 100.000 Grad Celsius hat. Innerhalb einiger hundert Nanosekunden kühlt sich das Plasma ab und sendet eine Druckwelle aus, die sich mit Überschallgeschwindigkeit im Brennraum fortsetzt und das Gasgemisch zündet, das den Plasmakern umgibt.
»Viele im Labor bewiesene Vorteile von passiv gütegeschalteten Lasern sind zur Zeit aber noch nicht auf reale Kraftwerke und Motoren übertragbar«, schränkt Lorenz ein. »Unsere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind deshalb darauf ausgerichtet, wichtige noch offene Fragen zu beantworten. Wir wollen grundlegendes technisches Wissen erarbeiten, das von der Industrie für die Herstellung marktfähiger Laserzündkerzen unmittelbar genutzt werden kann.« Für seinen Vortrag über den Energieeintrag des Verfahrens und den durch Laserimpulse erzeugten Plasma erhielt Sebastian Lorenz auf dem Kongress zur optischen Photonik »OPIC 2014« in Yokohama den „Young Scientist Award“.
Lesen Sie mehr zum Thema
