Laser-Zündkerze ermöglicht eine noch sparsamere Verbrennung

Kann die Laser-Zündkerze den Kraftstoffverbrauch und den Ausstoß von Schadstoffen bei Benzin- und Dieselmotoren in Autos weiter senken? Im Rahmen eines Forschungsprojektes an der Universität Bayreuth arbeiten Wissenschaftler an der Zukunft der Zündkerze.

Die Forscher halten eine erhebliche Senkung der stickstoffhaltigen Abgase für möglich. Eine immer höhere Verdichtung und ein stetig abgemagertes Gemisch bringen die konventionelle Zündkerze, wie sie Renault und Bosch Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt haben, an ihre Grenzen.

Laser-Zündkerze für den Motor der Zukunft

Forschung und Industrie suchen daher nach neuen Technologien, die das zündfähige Gemisch im Zylinder optimal entflammen können. Das Projekt unter Leitung von Dieter Brüggemann, Professor an der Universität Bayreuth, widmet sich mit der Laser-Zündkerze einer der vielversprechendsten Technologien für die Zukunft. Die wird für den Verbrennungsmotor von weiter steigenden Arbeitsdrücken und von erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten des Gasgemisches geprägt sein.

Technische Probleme sollen gelöst werden

Das Forschungsprojekt am Bayreuther Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT) hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird in dieser Zeit die Strömungs- und Zündprozesse im Zylinder analysieren sowie Know-how für die industrielle Anwendung der Laserzündung erarbeiten. Die gilt schon seit Jahren als vielversprechend, konnte sich aber bisher wegen ungelöster technischer und wirtschaftlicher Probleme nicht durchsetzen.

Die Bayreuther Wissenschaftler bekommen bei ihrem Projekt Unterstützung aus der Industrie, denn die Untersuchungen laufen industrienah an Prototypen, die ein großer Automobilhersteller zur Verfügung stellt. Zudem wird ihre Arbeit von der deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

So funktioniert die Laser-Zündkerze

Die aufgrund ihrer Funktionsweise als "passiv gütegeschaltet" bezeichnete Laser-Zündkerze ist sehr robust und hält den Vibrationen und den hohen Temperaturen eines modernen Verbrennungsmotors problemlos stand. Diese Zündkerzen senden in winzigen Abständen zwischen 60 Mikrosekunden und 250 Mikrosekunden Lichtimpulse aus, die sich auf einen bestimmten Punkt im Brennraum fokussieren lassen.

Dort entsteht dann ein leuchtendes Plasma mit einer Temperatur von nahezu 100.000 Grad Celsius. Innerhalb einiger hundert Nanosekunden kühlt dieses Plasma wieder ab und sendet eine Druckwelle aus, die mit Überschall-Geschwindigkeit durch den Brennraum jagt und so das Gasgemisch rund um den Plasmakern entzündet.

Optimierte Zündung für mageres Gemisch

Diese optimierte Zündung erlaubt den Einsatz nochmals abgemagerten Gemischs, in dem sich mehr Anteile Luft mit weniger Anteilen Kraftstoff mischen, so die Bayreuther Forscher. Das Ergebnis: mehr Leistung bei weniger Energieeinsatz - also ein geringerer Verbrauch. Oder bis zu 70 Prozent weniger giftige Stickoxide im Abgas, wie ein Wissenschaftler in den USA ermittelt hat.