Bereits bei der ersten Einführung der Katalysator-Technik in den siebziger Jahren in den USA galt diese Methode allgemein als weniger elegant, und es wurden Wege gesucht, die Entstehung giftiger Schadstoffe schon im Verbrennungsprozeß möglichst zu unterbinden. Die ersten Schadstoffbegrenzungen der sechziger Jahre waren noch mit recht einfachen Maßnahmen einzuhalten gewesen, die im wesentlichen auf eine präzisere Fertigung und genauere Einstellung hinausliefen und neben der Schadstoffabsenkung auch den Kraftstoffverbrauch und die Laufeigenschaften deutlich verbesserten. Es wurden die Zündversteller besser an den Motor angepaßt, die Gemischgleichverteilung und Verdampfung verbessert und magerere Gemische gefahren [1]. Insbesondere letzteres führte in der Zeit von ca. 1970 bis 1980 aber neben den oben genannten Verbesserungen zu einer Versechsfachung des Ausstoßes von Stickoxiden /Le85/ [2]. Die Ursache ist, daß bei konventionellen Motoren das Verbrauchs- und Kohlenwasserstoffminimum fast exakt mit dem Stickoxidmaximum bei λ ≈ 1.1 [3] zusammenfällt.
Es war zwar bekannt, daß jenseits dieses Maximums die Stickoxidkonzentration wieder steil abfällt und ein Betrieb im Bereich λ > 1.5 die Verbrauchs- und Abgaswerte des Dieselmotors erwarten läßt, es gibt jedoch zwei Hindernisse, die der Verwirklichung entgegenstehen. Zum einen sind dies die stark verringerte und schwankende Brenngeschwindigkeit und die erheblich dicker werdende Quenching-Zone. Die Folgen sind eine unvollständige Verbrennung mit starkem Anstieg der zyklischen Schwankungen und des Ausstoßes unverbrannter Kohlenwasserstoffe. Mit motorischen Maßnahmen wie Ansaugluftvorwärmung, Zweikreiskühlung und kontrolliertem Drall sowie einem nachgeschalteten Oxidationskatalysator sind diese Schwierigkeiten aber beherrschbar /Le87/ /Me88/. Bemerkenswert ist dabei der trotz der unvollständigen Umsetzung (Quenching) und damit nur teilweisen Kraftstoffausnutzung weiter ansteigende Wirkungsgrad.
Das größere Problem stellt sich bei der Verbrennungseinleitung. An der mageren Laufgrenze zeigen konventionelle Zündsysteme einen sehr großen Zündverzug und eine ausgeprägte Aussetzerneigung. Ersteres ist durch eine Vorverlegung des Zündzeitpunktes nur bedingt kompensierbar, da nicht nur mit sinkendem Zylinderdruck die Zündbedingungen noch ungünstiger werden, sondern vor allem dieselbe relative Schwankung des Zündverzuges immer größere Absolutwerte und damit eine ausgeprägte Schwankung der Lage des Verbrennungsschwerpunktes beinhaltet. Das vermehrte Auftreten von Aussetzern schließlich führt zu völlig inakzeptablen Laufeigenschaften und Abgaswerten. Ein Ausweg begann sich abzuzeichnen, als 1971 von Harrison und Weinberg die flammenstabilisierende Wirkung eines Plasmastrahls nachgewiesen wurde /Ha71/. 1973 ersetzte Waterson das kontinuierlich brennende Plasma durch ein intermittierendes System und war vermutlich der erste, der damit Versuche zur Zündung im Verbrennungsmotor anstellte /Wa73/. In den folgenden Jahren gab es einige Veröffentlichungen vor allem aus den USA [4], denen allen ein sekundärer Energiebedarf von 1 J und mehr gemeinsam war. Die primär tatsächlich aufzuwendende Energie war nochmals um ein Mehrfaches höher. Im Vergleich dazu setzt ein typischer Vierzylindermotor im mittleren Lastbereich (1600 cm³, 3.5 bar) pro Zylinder und Arbeitstakt 140 J innere und weniger als 100 J effektive Arbeit frei. Berücksichtigt man, daß sich der Einfluß der Zündung auf den Verbrennungsablauf im wesentlichen auf die ersten 0.2 % des Kraftstoffumsatzes entsprechend etwa 300 mJ beschränkt /Al85/ so ist dieser Energiebedarf als inakzeptabel anzusehen. Mit einem von Kupe vorgestellten Plasmastrahlzünder konnte 1988 mit Energieeinsätzen in der Größenordnung üblicher Zündsysteme (150 mJ sekundär) die Magergrenze eines Versuchsmotors um 40 % von λ ≈ 1.5 auf λ ≈ 1.7 erweitert werden /Ku88/. Dieses Zündsystem wurde von Somuncu und Brünken am Lehrstuhl für Angewandte Thermodynamik der RWTH Aachen weiterentwickelt /So89/ /Br89/. Dabei gelang insbesondere die Weiterentwicklung der ersten Prototypen mit Standzeiten im Minutenbereich zu zuverlässigen Zündern, die alle im Prüfstandsbetrieb gestellten Forderungen problemlos erfüllen. Ziel dieser Arbeit wird es sein die bisher gewonnenen Erkenntnisse durch Untersuchungen des Entladungsvorganges und der Energieübertragung zu vertiefen und im Prüfstandsversuch Auslegungskriterien für die Entwicklung zur Serienreife zu erarbeiten [5].
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