Characterization of an Electrical Sensor for Combustion Diagnostics

Abstract: Popular Abstract in Swedish Joniseringssensorn är en elektrisk sensor för diagnostik i förbränningsmotorer. Sensorn används idag för att till exempel detektera knack. Sensorn bygger på att energifrigörelsen i motorn leder till jonisering av olika ämnen, vilket betyder att gasens lednigsförmåga ökar. Detta kan mätas genom att lägga en spänning över tändstiftsgapet under förbränningen och registrera strömmen. Denna ström innehåller mycket information om förbränningsprocessen. För att kunna ta vara på en större del av denna information behövs det en ökad förståelse för vilka processer som är viktiga, och hur dessa processer växelverkar med varandra i denna speciella miljön. Syftet med denna avhandling är att bidra med nya kunskaper om dessa processer och deras betydelse för sensorn. För att karakterisera sensorn har det används optisk diagnostik, jämnviktsberäkningar och en enkel beräkningsmodell. Kontakten mellan flamfronten och katoden visade sig vara mycket viktigt för strömmen under den tidiga flamutbredningen, liksom blandningsförhållandet i dem delarna av gasen där flamman befinner sig när den har bra kontakt men katoden. Turbulens leder till en mer slumpartad kontakt mellan flamman och elektroderna och följaktigen till variationer i den tidiga signalen. Under huvudförbränningen ökar temperaturen i dem brända gaserna ytterliggare. Detta medför att termisk jonisering blir viktig, och elektrisk ledning också sker genom dem brända gaserna. Det förbränningsrelaterade ämnet med lägsta joniseringsenergi är kvävemonoxid. Hittils har man antagit att detta ämne står för största delen av joniseringen i dem brända gaserna. Analys av mätresultat i denna avhandling pekar dock på att alkaliämnen som finns i atmosfären är betydligt viktigare i många situationer, trots att dem uppträder i mycket låga koncentrationer. Speciellt vid låga förbränningstemperaturer, som är typiska för exempelvis magermotorer, överstiger bidraget från sådana aerosoler det som kommer från kväveoxid.