Schadstoffe: CO: Kohlenmonoxid Problemlösungen: - H. Klinkner
Schadstoffe: CO: Kohlenmonoxid Problemlösungen: - H. Klinkner
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Verbrennungsmotoren IV: Abgasreinigung<br />
Durch eine unvollständige Aufbereitung und ungleichmäßige Verteilung des Kraftstoff-Luftgemisches<br />
sowie durch die unterschiedlichen Temperaturen (Zylinderwand und Zylinderkopf) kommt es zur<br />
unvollständigen Verbrennung und damit zur Erzeugung von schädlichen Abgasen:<br />
Neben Wasser dampf (H 2 O) und dem ungiftigen Kohlendioxid <strong>CO</strong> 2 ( Treibhauseffekt)<br />
entstehen in geringen Mengen folgender ...<br />
<strong>Schadstoffe</strong>:<br />
<strong>CO</strong>: <strong>Kohlenmonoxid</strong><br />
HC: unverbrannte Kohlenwasserstoffe<br />
NO x : Stickoxide (besonders bei hohen Temperaturen )<br />
Ruß an den sich HC anhängen (besonders beim Kaltstart eines Diesels)<br />
Problemlösungen:<br />
a) Magermotor:<br />
Luft überschuss (Lambda >= 1,3) erzeugt weniger <strong>Schadstoffe</strong><br />
aber: kontrollierte, energiereiche Zündung nötig, hohe Verdichtung<br />
b) Katalysator:<br />
(gr., Stoff, der durch bloße Anwesenheit eine chem. Reaktion herbeiführt oder beschleunigt)<br />
1. Oxidations katalysator aus Platin beseitigt(e) ~50% <strong>CO</strong> und HC<br />
(Frischluft musste eingeblasen werden)<br />
Heute nur noch für Diesel motoren ( Luftüberschuss) eingesetzt<br />
2. Reduktions katalysator aus Rhodium reduziert NO x + <strong>CO</strong> > <strong>CO</strong> 2 + N 2<br />
3. geregelter Drei – Wege - katalysator oxidiert und reduziert<br />
reinigt ~90%<br />
Voraussetzung: Lambda = 1 darf nicht schwanken => ständiges<br />
Messen des Rest sauerstoff gehalts für den Lambda-<br />
Regelkreis<br />
(Einspritzung oder elektrisch geregelter Vergaser nötig)<br />
Vorsicht: Blei "vergiftet" den Katalysator!<br />
c) Rußfilter<br />
für Dieselmotoren, die sonst nur rel. wenig <strong>Schadstoffe</strong> emittieren.<br />
Sie bestehen aus Keramik oder Stahlwolle.<br />
Problematisch ist die thermische Regeneration (=Erneuerung,<br />
Auffrischung) d.h. das Filtrat muss ständig verbrannt werden.<br />
Moderne Dieselmotoren haben (neben einem Oxidations-Kat) ...<br />
NOx –Speicher-Kat: Die Stickoxide werden wie in einem<br />
Schwamm gespeichert, der Kat muss mit fettem Gemisch alle<br />
10 km durch eine Nacheinspritzung „gereinigt“ werden, da der<br />
Schwefel den NOx-Kat sonst vergiftet. Zur Erkennung des<br />
Regenerationsbedarfs und der Regelung sind zahlreiche<br />
Sensoren (z.B. Druck, Temp. ...) erforderlich.<br />
oder ...<br />
Harn stoff-Kat: System SCR (selektive katalytische Reduktion) reduziert NOx zu N 2 und H 2 O bei einem<br />
Wirkungsgrad von ca. 60%. Harnstoff wird getrennt getankt und zerfällt im Abgas zu Ammoniak (NH 3 ), das mit NOx<br />
reagiert. oder ...<br />
D-Cat: Common-Rail-Motor der 3. Generation (1800 bar, Pilot-, Haupt- und Nacheinspritzung) plus Turbolader mit<br />
varabler Turbinengeometrie, Ladeluftkühlung, elektronisch geregelter wassergekühlter Abgasrückführung und<br />
speziellem Einspritzsystem.
Verbrennungsmotoren IV: Abgasreinigung<br />
Ergänzen Sie<br />
die Tabelle über<br />
die Bestandteile<br />
der Abgase eines<br />
Ottomotors!<br />
1. Bezeichnung Symbol giftig krebserregend umwandelbar<br />
H 2O<br />
Wasserdampf<br />
<strong>Kohlenmonoxid</strong> <strong>CO</strong> ja ja<br />
Kohlendioxid <strong>CO</strong> 2<br />
Kohlenwasserstoffe HC ja ja ja<br />
Stickoxide NOx ja ja<br />
Stickstoff N 2<br />
2. a) Was versteht man allgemein unter einem Katalysator?<br />
b) Beschreiben Sie den Aufbau eines Abgaskatalysators für den Ottomotor!<br />
a) Katalysator = Stoff, der durch bloße Anwesenheit eine chemische Reaktion auslöst,<br />
beschleunigt oder ihren Verlauf bestimmt.<br />
b) Keramikkörper mit vielen feinen Kanälen, auf deren Oberflächen feinporiges Al 2 O 3<br />
aufgebracht und dann Platin, Rhodium und Palladium aufgedampft wurde.<br />
3. Interpretieren Sie die beiden Diagramme!<br />
„fett“ „mager“<br />
Die Abgase des Motors (CH, <strong>CO</strong>, NOx) verändern ihre<br />
Anteile in Abhängigkeit des Luftverhältnisses: Mit<br />
steigendem Luftanteil verbessern sich die Werte für CH<br />
und <strong>CO</strong> durch die bessere Verbrennung. Stickoxide<br />
entstehen aber besonders bei guter Verbrennung (bei<br />
hohen Temperaturen).<br />
Das 2. Diagramm zeigt die Wirkung des Katalysators. Die<br />
besten Ergebnisse werden nur innerhalb eines schmalen<br />
λ-Fensters erreicht.<br />
4. Welche wichtige Betriebsbedingungen müssen eingehalten werden, damit ein Drei-Wege-Katalysator<br />
wirkungsvoll arbeiten kann? Wodurch erreicht man dies?<br />
Das Luftverhältnis muss konstant λ=1 bleiben, d.h. eine Lambda-Sonde muss diese Größe<br />
erfassen und dem Regelkreis weiterleiten. Die optimale Betriebstemperatur (400-800 O C)<br />
einhalten!<br />
Im Kraftstoff dürfen keine Bleizusätze sein.<br />
5. a) Tragen Sie folgende Begriffe ins Sankey Diagramm ein:<br />
(Abgase 32% ~ Hilfsantriebe 6% ~ Kraftstoffmenge 100%<br />
Kühlwasser 30% ~ Nutzarbeit 34% ~ Reibung und Strahlung 2%)<br />
b) Was beschreibt das Diagramm?<br />
c) Bestimmen Sie den effektiven, den inneren (=thermodyn.) und<br />
den mechanischen Wirkungsgrad des dargestellten<br />
Dieselmotors!<br />
Es bilanziert die Energie-„verluste“ und die Nutzarbeit.<br />
0,34<br />
ηeff<br />
= 0,34 ηi<br />
= 0,4 η<br />
mech<br />
= = 0,85<br />
0, 4