Theoretical and Experimental Studies of the Formation of Ionized Gases in Spark Ignition Engines

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Denna studie är ämnad åt att undersöka joniseringsprocessen i gaser, både teoretiskt och experimentellt. Arbetet är speciellt riktat mot att utöka förståelsen för detta fenomen i förbränningsrummet av en förbränningsmotor. Den intensiva joniseringsprocessen som uppstår till följd av den antändande gnistan har studerats såväl som den svagare joniseringsprocessen som är relaterad till det åtföljande förbränningsförloppet. Studien av gnistan har omfattat modellering av de viktigaste fenomenen varefter verifikation med hjälp av experiment utförts. Arbetet har lett fram till en praktiskt användbar modell för beräkning av genombrottstid och spänning för ett givet tändsystem. Modellen kan även ge svar på hur mycket energi som deponerats i gasen mellan tändstiftets elektroder och således är tillgängligt som aktiveringsenergi vid antändning. Resultaten från modellerna överensstämmer i stor utsträckning med de mätningar som utförts. För att understödja såväl förståelsen av processen som helehet som utvecklingen av de enklare modellerna har mer fullständiga modeller utvecklats och använts för att trimma in de antaganden och approximationer som gjorts i de enklare modellerna. När förbränningsprocessen startats fortgår en joniseringsprocess om än mycket svagare än den som sker under gnistans brinntid. Denna jonisering av gasen gör det möjligt att driva en ström genom densamma. Storleken på strömmen och dess variation med tiden kan då ge viktig information om förbränningens fortskridande. Det generella uppförandet hos denna jonström har framgångsrikt simulerats med hjälp av en modell som beaktar de båda processerna kemi-jonistaion och termisk jonisation. Dessutom har en rad statistiska utvärderingar utförts på experimentella data för att finna yttereligare viktig information i jonströmmen och på så vis även utökat den allmänna förståelsen for problemet. Syftet med denna del av arbetet har varit att förbättra styrningen av förbränningsmotorer, så att motorn kan gå mer optimalt och även klara de skärpta lagkraven för avgasemissioner.