Beseitigen des "Zündungsklopfens" für höhere Betriebleistung
Die Steuerungssysteme moderner Fremdzündungsmotoren von Fahrzeugen sind speziell für die kontinuierliche Anpassung von Zündzeitpunkt und -winkel konzipiert. Auf diese Weise sollen Energiegewinnung und Kraftstoffökonomie verbessert werden. Dennoch kann sich vor der durch Funken ausgelösten Flammenwand während des Arbeitsspiels das Luft-Kraftstoffgemisch selbst entzünden. Derartige abnormale Verbrennungen - besser bekannt als Zündungsklopfen - können einen extrem hohen Druckanstieg verursachen, der Motorkolben und -ringe zerstören kann. Die Ergebnisse kürzlich abgeschlossener Experimente und kinetische Modellsimulationen des Fremdzündungsprozesses bieten neue Einblicke in die Art und Weise, wie Selbstentzündung verursacht und von Motor- und Kraftstoffparametern beeinflusst wird. Ziel des MINKNOCK-Projekts war es, herauszufinden, welche Parameter am wichtigsten sind. So soll zukünftig besser auf die Abschwächung von Problemen hingearbeitet werden können. Es wäre sogar möglich, dass thermale, flüssige mechanische und chemische Mechanismen genutzt und gesteuert werden können, um Energie schneller freizusetzen und die Wahrscheinlichkeit eines Motorschadens zu reduzieren. Um dies zu erreichen, wurden in den Laboren der Consiglio Nazionale delle Richerche an einem optisch zugänglichen Fremdzündungsmotor moderne berührungsfreie und quantitative Abbildungsdiagnostikverfahren entwickelt. Um im Inneren den Prototyp eines Zetec-SE-Motorkopfs (Sigma) sichtbar zu machen, wurde für die Motorzylinder transparentes und doch widerstandsfähiges Wärmebelastungsmaterial ausgewählt. Der mit einem modernen Einlasskanaleinspritzsystem (PFI - Port Fuel Injection) ausgestattete Motor wurde von einer flexiblen elektronischen Steuerungseinheit gelenkt, um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten. Es wurden gleichzeitig eine Abbildungs- und eine Chemolumineszenz-Analyse vom ultravioletten (UV) in den sichtbaren Bereich durchgeführt, um die Spritz- und Flammenentstehung bei hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung untersuchen zu können. Im Prozessverlauf erwiesen sich die HCO- und OH-Radikale als geeignete Werkzeuge für die Bewertung der in der Brennkammer auftretenden Reaktionen sowie für die Bestimmung des Selbstentzündungsbeginns. Es wurde herausgefunden, dass die Radikale einheitlich in der Brennkammer verteilt sind. Außerdem wurde bestätigt, dass ihre Konzentration von den Kraftstoffeigenschaften abhängig ist und nicht vom Betriebszustand beeinflusst wird. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse können das Erkennen von Zündungsklopfen und das Steuern des Zündzeitpunkts, um den Motor an der Klopfschwelle laufen zu lassen, zum optimalen Kraftstoffverbrauch von Fremdzündungsmotoren beitragen.
