Ein neues Forschungsprojekt an der Universität Bayreuth soll die Potenziale der Laserzündung ausloten und grundlegendes Know-How für industrielle Anwendungen erarbeiten.
Weniger Kraftstoff und weniger schadstoffhaltige Emissionen – das sind die Ziele der Forscher bei der Weiterentwicklung motorischer Brennverfahren. Die dabei verfolgten Konzepte haben allerdings zur Folge, dass der Druck im Brennraum erheblich ansteigt. Dadurch erreicht das Gasgemisch eine viel höhere Strömungsgeschwindigkeit. Was wiederum zu technischem Anforderungen an die Zündung führt, die von herkömmlichen Zündkerzen nicht ausreichend erfüllt werden können. Seit vielen Jahren gilt daher die Laserzündung als eine aussichtsreiche Alternative. Bisher konnte sie sich jedoch aufgrund ungelöster wirtschaftlicher und technischer Fragen nicht durchsetzen.
An der Universität Bayreuth startet nun ein neues, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördertes Projekt, das die Potenziale der Laserzündung weiter ausloten soll. Das Projekt wird von Prof. Dieter Brüggemann am Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT) geleitet und hat eine Laufzeit von drei Jahren. „Ein besonderer Vorteil dieses neuen Vorhabens liegt darin, dass wir alle Untersuchungen industrienah an Prototypen durchführen können, die uns von einem großen Automobilzulieferer zur Verfügung gestellt werden“, freut sich Diplom-Physiker Sebastian Lorenz, der das Vorhaben koordiniert. Die geplanten Forschungsarbeiten werden teilweise im Bayreuth Engine Research Center (BERC) stattfinden, einer Forschungsstelle der Ingenieurwissenschaftlichen Fakultät der Universität Bayreuth.
Im Mittelpunkt des Projekts steht ein spezieller Typ von Laserzündkerzen, die aufgrund ihrer Funktionsweise als „passiv gütegeschaltet“ bezeichnet werden. Sie sind sehr robust, können daher den Vibrationen und hohen Temperaturen eines Motors standhalten und sind zudem vergleichsweise kostengünstig. Diese Zündkerzen sind in der Lage, Licht-Impulse auszusenden, die in winzigen Abständen – zwischen 60 und 250 µs – aufeinander folgen.
„Dr. Sreenath Gupta vom Argonne National Laboratory in den USA hat kürzlich nachgewiesen, dass Laserzündung die Chance bietet, stickstoffhaltige Abgase um bis zu 70 Prozent zu senken“, erklärt Sebastian Lorenz. „Viele im Labor bewiesene Vorteile von passiv gütegeschalteten Lasern sind zur Zeit aber noch nicht auf reale Kraftwerke und Motoren übertragbar“, fährt der Bayreuther Wissenschaftler fort. „Unsere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind deshalb darauf ausgerichtet, wichtige noch offene Fragen zu beantworten. Wir wollen grundlegendes technisches Wissen erarbeiten, das von der Industrie für die Herstellung marktfähiger Laserzündkerzen unmittelbar genutzt werden kann.“
Dipl.-Phys. Sebastian Lorenz wurde auf der „2nd Laser Ignition Conference“, einer Tagung die Teil der „OPIC 2014“ in Yokohama (Japan) war, mit dem „Young Scientist Award“ ausgezeichnet.
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