Fortschritte im Automobilbau
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Abstrakt

Erweiterung der Stabilitätsgrenze eines mit nassem Ethanol betriebenen Ottomotors mittels einer mikrowellenunterstützten Zündkerze

Benjamin Wolk

Moderne Motoren können höhere Wirkungsgrade und geringere Emissionen erreichen, indem sie in Betriebsarten mit verdünnten Kraftstoff-Luft-Gemischen und höheren Kompressionsverhältnissen betrieben werden, aber der Bereich des stabilen Motorbetriebs wird durch den Verbrennungsbeginn und die Flammenausbreitung bei hohen Verdünnungsstufen eingeschränkt. Eine moderne Zündtechnologie, die den Betriebsbereich von Verbrennungsmotoren zuverlässig erweitert, wird die praktische Umsetzung hocheffizienter Motoren der nächsten Generation unterstützen. Die mikrowellenunterstützte Zündkerze, die derzeit von Imagineering, Inc. aus Japan entwickelt wird, hat bereits gezeigt, dass sie den stabilen Betriebsbereich von benzinbetriebenen Motoren durch plasmaunterstützte Verbrennung erweitert, aber die Faktoren, die ihren Betrieb einschränken, waren nicht gut charakterisiert. Die vorliegende experimentelle Studie hat zwei Hauptziele: (1) die Fähigkeit der mikrowellenunterstützten Zündkerze zu untersuchen, den stabilen Betriebsbereich von mit Nassethanol betriebenen Motoren zu erweitern, und (2) die Faktoren zu untersuchen, die das Ausmaß beeinflussen, in dem Mikrowellen Zündprozesse verbessern. Der Stabilitätsbereich wird untersucht, indem der Variationskoeffizient des indizierten mittleren effektiven Drucks als Maß für die Instabilität und der indizierte spezifische Ethanolverbrauch als Maß für den Wirkungsgrad untersucht werden. Die Motoreffizienz verbesserte sich, wenn der Motor mit leicht magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis lief, wobei die einsetzende Instabilität die Effizienzgewinne, die mit dem Magerbetrieb verbunden sind, schließlich zunichtemachte, wenn die Gemische zu stark verdünnt werden. Die mikrowellenunterstützte Zündung reduzierte die durch Verdünnung ausgelöste Instabilität und verbesserte die Effizienz im Vergleich zum instabilen Betrieb nur mit Zündfunken bei ultramageren Bedingungen. Der mikrowellenunterstützte Zündfunke fördert auch eine schnellere durchschnittliche frühe Flammenkernentwicklung, wenn die nicht verstärkte Flammenkernentwicklung ausreichend langsam ist. Korrelationen zwischen der mikrowellenunterstützten Flammenentwicklungsverbesserung und den berechneten Zylinderparametern deuten auf eine Beziehung zwischen der Verbesserung und der im Flammenkern abgelagerten Energiemenge hin, aber aufgrund von Streuungen konnte keine einheitliche empirische Korrelation für alle getesteten Fälle abgeleitet werden.