Neuer Anlauf für die Laser-Zündkerze

10. Dezember 2013, 14:35 Uhr
Neuer Anlauf für die Laser-Zündkerze
Neuer Anlauf für die Laser-Zündkerze

Seit über 100 Jahren gibt es die Hochspannungszündung mit geschraubten Zündkerzen im Zylinderkopf, und schon seit bald 30 Jahren arbeiten Forscher und Entwickler an deren Ablösung durch Laserzündkerzen, die das in der Regel aus Benzin und Luft bestehende Gasgemisch zur Entzündung bringen sollen.

 

Davon versprechen sich die Motorenentwickler eine Reihe von Vorteilen:

Höhere Motorleistung, weniger Verbrauch und Abgas, verbesserte Zündung bei Magermix-Motoren und Optimierung der Zündungssteuerung und des Brennraums. Es ragt keine Kerze mehr in den Zylinder, es genügt eine kleine Öffnung für die Laseroptik, die sich außerdem durch den Laserstrahl noch selbst von Verschmutzungen frei brennt. Der Laser lässt sich auf fast jeden beliebigen Punkt im Brennraum fokussieren und bietet so neue Möglichkeiten zur Steuerung der Verbrennung.

 

Ein großer Durchbruch wurde schon 2004 durch die Zusammenarbeit zweier österreichischer Firmen erzielt:

Der renommierte Motorenentwickler AVL List in Graz (Steiermark) konnte dank der von CTR in Villach (Kärnten) erzielten drastischen Verkleinerung der Lasertechnik einen einwandfrei funktionierenden Versuchsmotor mit einer Laserzündung demonstrieren, die nicht mehr Platz beansprucht als eine konventionelle Zündkerze mit Zündspule – und auch nicht mehr Betriebsspannung. Die neu entwickelten Hochleistungs-Laserdioden in der kompakten Lasereinheit von CTR lassen sich nämlich mit einer 12-V-Elektronik betreiben.

CTR bietet die Laserzündung  (siehe Bild) inzwischen für stationäre Gasmotoren und Gasturbinen an, der erhoffte Großserien-Einsatz in der Automobilindustrie ist aber bis jetzt ausgeblieben.

 

Von einem neuen Ansatz berichteten kürzlich japanische Forscher. Das Team um Professor Takunori Taira vom japanischen National Institute of Natural Sciences hat ebenfalls eine Laserzündkerze vorgestellt, die in Zusammenarbeit mit einem großen Zündkerzenhersteller und dem zu Toyota gehörenden Autozulieferer Denso zur Serienreife entwickelt werden soll.

 

Um hohe Leistung und Stabilität bei kompakten Maßen zu erreichen, verwendet Tairas Team keramische Pulverwerkstoffe, die durch Erhitzen optisch transparente Feststoffe bilden. Dabei lassen sich mit eingebetteten Metallionen die gewünschten Eigenschaften des Materials steuern, das konventionellen Kristallen mechanisch und thermisch überlegen ist. Der aktuelle Laser besteht aus zwei Yttrium-Aluminum-Granat- (YAG-) Segmenten, wobei das eine mit Neodym und das andere mit Chrom dotiert ist. Der Durchmesser dieses leistungsfähigen Laserelements beträgt nur 9 mm bei einer Länge von 11 Millimetern. Es erzeugt zwei Laserstrahlen, die das Gemisch gleichzeitig an zwei verschiedenen Stellen im Zylinder zünden können, um eine gleichmäßigere Verbrennung zu erreichen. Um auch sehr mageres Gemisch zu zünden, sind mehrere 800-Picosekunden-Impulse mit einer Impulsfrequenz von 60 Hz erforderlich. Bei Tests wurden mit der zweistrahligen Laserzündkerze Impulsfrequenzen bis 100 Hz erzielt. Derzeit arbeitet das Team an einer dreistrahligen Version des Lasers, um eine noch schnellere und gleichmäßigere Entflammung des Gemischs zu erreichen.

 

Bildquelle: CTR

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