Messungen zur Validierung von Zündungsmodellen

Zur Unterstützung der Entwicklung und Validierung des Zündungsmodells sind sowohl Grundlagenexperimente mit einem speziellen Zündungsprüfstand als auch Versuche mit realen Anwendungsszenarien am Einzylinder-Forschungsmotor geplant.

Der Zündungsprüfstand wurde entsprechend nachstehendem Prinzip konstruiert und aufgebaut, um das Funkenverhalten, welches für die Initiierung der Zündung von fundamentaler Bedeutung ist, unter verschiedensten reproduzierbaren Randbedingungen wie Druck, Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und Zündsystemeinstellungen untersuchen zu können.

Abbildung 1: Schema des Zündungsprüfstands

Um die Einflüsse der genannten Randbedingungen auf das Funkenverhalten zu bewerten, wurden Bilder mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen sowie die zeitlich hoch aufgelösten Strom- und Spannungssignale des Zündsystems mittels Oszilloskop erfasst. Die nachstehende Darstellung zeigt eine Gegenüberstellung der ersten 250µs des Funkenverhaltens bei Umgebungsbedingungen ohne Strömung (a) und bei erhöhtem Druck und definierter Strömung (b) in Form einer Bildsequenz mit einer Aufnahmerate von 120.000 Bilder/s und einer Belichtungszeit von 1.25 µs (jede achte Aufnahme wird dargestellt).

Abbildung 2: Zündungsprozess bei Umgebungsbedingungen (a) und bei erhöhtem Druck und definierter Strömung (b)

Infolge der Strömung und erhöhtem Druck kommt es zu einem späteren Funkenüberschlag und einer deutlichen Funkenverwehung. Die stärkere Lichtintensität im Fall (b) ist mit einer Zunahme der dem Zündfunken zugeführten Energie gleichzusetzen.

Die Messtechnik erlaubte es auch, Brenndauer, Funkenneubildung, Durchbruchsort, etc., mit einem höheren Detaillierungsgrad zu erforschen. Weiters ermöglicht der Prüfstand die zeitlich hochaufgelöste optische Erfassung bisher in dieser Form nicht näher untersuchter Phänomene (z.B. Partikelausstoß aus dem Elektrodenmaterial).

Zur weiteren Verifikation der entwickelten Modelle sind im kommenden Jahr zusätzlich Messungen des Zündprozesses an einem Einzylinder-Forschungsmotor entsprechend einem für die Modellverifikation optimierten Messprogramm vorgesehen.