Groß-Gasmotor mit Laserzündung

Bei den heute betriebenen aufgeladenen Otto-Gasmotoren mit Zylinderdurchmessern >200 mm erfolgt die Zündung üblicherweise in einer Vorkammer durch Fremdzündung mittels einer Zündkerze. Durch steigende thermische und mechanische Belastung der Zündkerzen werden zunehmend die bei Serienmotoren realisierbaren Mitteldrücke beschränkt. Des Weiteren ist mit steigenden Zylinderdrücken der Funkenüberschlag schwieriger und die Lebensdauer beschränkt. Eine solche Beschränkung ist bei einem Laserzündsystem nicht bekannt. Auf Grund der sich abzeichnenden Potenziale der Laserzündung und der stetigen Weiterentwicklung der Lasertechnologie waren in jüngster Zeit zunehmende Aktivitäten feststellbar, die sich mit dem Einsatz der Laserzündung im Motor beschäftigen.

Im vorliegenden Projekt bestand die Aufgabe darin, die Laserzündung an einen Großgasmotor zu adaptieren. Wegen der großen Komplexität der Aufgabenstellung gab es von Anfang an eine enge Zusammenarbeit mit einem Motorenhersteller, mit dessen Hilfe es gelang, einen Partner mit entsprechendem lasertechnischen Know-how zu gewinnen. In den Untersuchungen kam es dann aber immer wieder zu Störungen (Schwingungs- bzw. thermische Belastungen des Lasers, Verrußung der Optik, Störungen am Laser), die letztendlich zu einem Totalausfall führten. Strategische Entscheidungen des Laserherstellers ließen eine Nutzung in unserem Vorhaben nicht mehr zu. Dadurch kam es zu starken zeitlichen Verschiebungen im Projektablauf. Die zwischenzeitlich erkannten Probleme führten allerdings auch zu neuen Lösungsansätzen, um diese auszuräumen. Mit einem weiteren Kooperationspartner wurde dann dessen Laserzündkonzept am Versuchsmotor umgesetzt. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme des Systems zeigte sich in den motorischen Untersuchungen, dass ein sehr stabiler Betrieb im gesamten Lastbereich bis zur Nennleistung des Motors möglich war. Es konnten sehr magere Gas-Luft-Gemische sicher entzündet werden. Dadurch war es möglich, den geltenden NOx-Grenzwert der TA-Luft deutlich zu unterbieten. In einer abschließenden Dauererprobung kam es dann aber zum Ausfall des Laserzünders, der durch eine nicht dauerfeste Einfassung der Glasfaser in den Sondenkörper verursacht wurde. Die im Projektverlauf wiederholt aufgetretenen Probleme führen zu der Schlussfolgerung, dass ein serientaugliches Zündsystem auf Laserbasis mit den verschiedenen untersuchten Konzepten z. Z. noch nicht dargestellt werden kann.