Durch Messen des Drucks im Zylinder bei laufendem Motor können genaue Details des Verbrennungsvorgangs analysiert werden.
Diagramm 1 (unten) zeigt die Zündspannung (gelbe Linie) und den Zylinderdruck (weiße Linie). Die gelbe Linie beginnt zu steigen, wenn sich der Kolben nach oben bewegt (alle Ventile geschlossen) und die Kompression beginnt. Im richtigen Moment, normalerweise etwa 28° vor dem oberen Totpunkt (OT), sendet das Zündsystem Spannung an die Zündkerze. Zwischen dem Zeitpunkt, an dem der Strom gesendet wird, und dem Zeitpunkt, an dem der Funke tatsächlich die Verbrennung startet, vergehen einige Millisekunden. Dies wird als Zündverzögerung bezeichnet. Sobald die Verbrennung beginnt, steigt der Druck schnell an und erreicht nach dem OT seinen Höhepunkt. Dadurch wird der Kolben maximal unter Druck gesetzt, wenn sich die Pleuelstange im besten Hebelwinkel zur Kurbelwelle befindet.
Während des Arbeitstakts dehnen sich die verbrannten Gase schnell aus und üben starken Druck auf den Kolben aus. Ab einem bestimmten Punkt öffnet sich das Auslassventil und lässt den Druck im Zylinder ab, was bedeutet, dass keine weitere Arbeit mehr zum Vorwärtsschieben des Kolbens geleistet wird.
Diagramm 2 (unten), ein Zylinderdruckdiagramm, zeigt einige interessante Informationen. Beachten Sie zunächst den Spitzendruck und die Fläche unter der Druckkurve, die von verschiedenen Zündkerzen erzeugt wird. Die gesamte Leistung eines Motors kommt aus der Fläche unter dieser Druckkurve. Wenn eine Zündkerze bei jedem Verbrennungszyklus einen höheren Durchschnittsdruck erzeugen kann, erzeugt sie mehr Leistung. Leistungsverbesserungen werden auf einem Motorprüfstand angezeigt, aber diese Messung erfolgt spät im Verbrennungsprozess. Die genaueste und ausgefeilteste Art, Leistung zu messen, ist die Betrachtung der
Zylinderdruck über eine Anzahl von Zyklen (z. B. 500 Zyklen) und Vergleichen einer Modifikation mit einer anderen. Da das Schwungrad die Zyklen über die Zeit integriert und die einzelnen Impulse jedes Verbrennungsvorgangs zusammengefasst werden, sind subtile Verbesserungen schwer zu bestimmen. Für eine optimale Abstimmung rüsten große Rennteams von NASCAR bis zur Formel 1 ihre Autos jetzt mit Zylinderdruckmessungen aus. E3-Ingenieure wenden diese Methode seit Mitte der 1990er Jahre an.
Diagramm 3 (unten) zeigt, wie die E3-Zündkerze im Vergleich zu einer Standardzündkerze höhere Drücke in einem Testmotor erzeugt. Die höheren und konstanteren Druckniveaus führen direkt zu mehr Leistung und potenziell weniger Emissionen, während gleichzeitig mehr Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird und weniger Gas gegeben werden muss.
Während des Arbeitstakts dehnen sich die verbrannten Gase schnell aus und üben starken Druck auf den Kolben aus. Bei einem Druck, der zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führt. Es wird mehr Kraftstoff in Leistung umgewandelt, wodurch der Kolben effizienter nach unten gedrückt wird und weniger Kraftstoff durch den Auspuff entweicht. Eine weitere wichtige Beobachtung ist die Variation der Spitzendruckwerte von einem Verbrennungszyklus zum nächsten. Überraschenderweise erzeugen nicht alle Verbrennungszyklen die gleiche Leistung. Ein gut laufender Motor kann von einem Arbeitstakt zum nächsten immer noch eine Abweichung der Spitzenzylinderdruckwerte von 5 % aufweisen. Bei einem schlecht laufenden Motor beträgt die Abweichung 10 % oder mehr. Dies wird als Variabilitätskoeffizient bezeichnet.
In Grafik 4 (oben) führen einige Verbrennungsvorgänge zu hoher Druckerzeugung, andere zu niedriger Druckerzeugung. Die Grafik zeigt aufeinanderfolgende Verbrennungsvorgänge in Echtzeit und zeigt, wie sich die Zyklen voneinander unterscheiden, selbst wenn die Zündkerze sehr gut zündet. Der Vergleich zeigt deutlich, dass das E3 DiamondFIRE-Design im Durchschnitt über aufeinanderfolgende Verbrennungsvorgänge hinweg gleichmäßigere und höhere Verbrennungsdrücke erzeugt. Dies führt zu mehr Nettoleistung und trägt zur Reduzierung der Emissionen und Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs bei. Druckverläufe dieser Art treten in jedem Motor auf, den wir seit 1997 getestet haben.
Das Diagramm „Sequentielle IMEP-Werte“ (oben) zeigt, wie E3-Zündkerzen den Druck über eine Reihe von Verbrennungszyklen verbessern und wie sich dies in einer besseren Leistung niederschlägt. Die gelbe Linie wurde über eine aufeinanderfolgende Anzahl von Leistungszyklen mit E3-Zündkerzen gemessen. Die Druckspitzen sind höher und gleichmäßiger als bei der Standardzündkerze (in der gelben Linie dargestellt). Die gepunkteten Linien stellen einen Durchschnitt der Druckkurven dar. Die gelbe gepunktete Linie zeigt den gleitenden Durchschnitt der Druck-/Leistungsproduktion der E3-Zündkerze. Die gepunktete weiße Linie zeigt einen niedrigeren Durchschnitt für die Standardzündkerze. E3-Forscher haben diese Art von Analyse durchgeführt und konsistente Verbesserungen bei Automotoren, kleinen Zweitaktmotoren und Hochleistungs-Viertaktmotoren usw. gemessen. Die Schaffung einer schnelleren Flammenfront und eines schnelleren Anstiegs des Verbrennungsdrucks führt zu einer vollständigeren Verbrennung und dies verbessert direkt die Motorleistung.
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