Ermittlung charakteristischer Plasmaparameter der Funkenphasen von Zündfunken und deren Bedeutung für die Entflammung

Forschungsberichte aus dem Institut für Kolbenmaschinen, Bd. 1/2023

Tobias Michler

ISBN 978-3-8325-5664-8
155 pages, year of publication: 2023
price: 49.50 €
Ermittlung charakteristischer Plasmaparameter der Funkenphasen von Zündfunken und deren Bedeutung für die Entflammung

Mit zunehmenden Anforderungen an die Effizienz verbrennungsmotorischer Antriebskonzepte und Energieerzeuger ist vermehrt die Optimierung relevanter Teilsysteme in den Fokus der Forschung gerückt. Bei ottomotorischen Brennverfahren kommen in der Regel induktive Zündsysteme zum Einsatz, die ein mittels Hochspannung erzeugtes Plasma nutzen, um das im Brennraum vorhandene Kraftstoff-Luft-Gemisch zuverlässig zu entflammen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Zündfunke kein zeitlich vernachlässigbar kurzes Ereignis ist, sondern eine komplexe zeitliche und räumliche Struktur aufweist, die sowohl die Standfestigkeit der Zündkerze als auch die Entflammung des Gemisches beeinflusst. So lässt sich der Zündfunken anhand seiner Elektronenbereitstellungsmechanismen in die drei Funkenphasen Durchbruch, Bogenentladung und Glimmentladung unterteilen.

Diese Dissertation befasst sich mit der spektroskopischen Untersuchung des Zündfunkenplasmas, um verschiedene Temperaturen und Teilchendichten zu ermitteln, die für die verschiedenen Funkenphasen charakteristisch sind. Zu diesem Zweck wurden die Zündfunken in einer Druckkammer mit unterschiedlichen Gaszusammensetzungen und Drücken zwischen einem und 15 bar untersucht. Dabei wurde sowohl die zeitliche als auch räumliche Struktur des Zündfunkens berücksichtigt. Die Auswertemethodik der ermittelten Spektren musste hierbei für jede Phase des Zündfunkens angepasst werden, woraus spezifische Plasmatemperaturen berechnet werden konnten. Es zeigte sich, dass physikalische Prozesse des Zündfunkens nicht nur signifikant vom Druck, sondern auch von der Luftfeuchte und dem Sauerstoffgehalt abhängig waren.