Schadstoffe: CO: Kohlenmonoxid Problemlösungen: - H. Klinkner

Verbrennungsmotoren IV: Abgasreinigung
Durch eine unvollständige Aufbereitung und ungleichmäßige Verteilung des Kraftstoff-Luftgemisches
sowie durch die unterschiedlichen Temperaturen (Zylinderwand und Zylinderkopf) kommt es zur
unvollständigen Verbrennung und damit zur Erzeugung von schädlichen Abgasen:
Neben Wasser dampf (H 2 O) und dem ungiftigen Kohlendioxid CO 2 ( Treibhauseffekt)
entstehen in geringen Mengen folgender ...
Schadstoffe:
CO: Kohlenmonoxid
HC: unverbrannte Kohlenwasserstoffe
NO x : Stickoxide (besonders bei hohen Temperaturen )
Ruß an den sich HC anhängen (besonders beim Kaltstart eines Diesels)
Problemlösungen:
a) Magermotor:
Luft überschuss (Lambda >= 1,3) erzeugt weniger Schadstoffe
aber: kontrollierte, energiereiche Zündung nötig, hohe Verdichtung
b) Katalysator:
(gr., Stoff, der durch bloße Anwesenheit eine chem. Reaktion herbeiführt oder beschleunigt)
1. Oxidations katalysator aus Platin beseitigt(e) ~50% CO und HC
(Frischluft musste eingeblasen werden)
Heute nur noch für Diesel motoren ( Luftüberschuss) eingesetzt
2. Reduktions katalysator aus Rhodium reduziert NO x + CO > CO 2 + N 2
3. geregelter Drei – Wege - katalysator oxidiert und reduziert
reinigt ~90%
Voraussetzung: Lambda = 1 darf nicht schwanken => ständiges
Messen des Rest sauerstoff gehalts für den Lambda-
Regelkreis
(Einspritzung oder elektrisch geregelter Vergaser nötig)
Vorsicht: Blei "vergiftet" den Katalysator!
c) Rußfilter
für Dieselmotoren, die sonst nur rel. wenig Schadstoffe emittieren.
Sie bestehen aus Keramik oder Stahlwolle.
Problematisch ist die thermische Regeneration (=Erneuerung,
Auffrischung) d.h. das Filtrat muss ständig verbrannt werden.
Moderne Dieselmotoren haben (neben einem Oxidations-Kat) ...
NOx –Speicher-Kat: Die Stickoxide werden wie in einem
Schwamm gespeichert, der Kat muss mit fettem Gemisch alle
10 km durch eine Nacheinspritzung „gereinigt“ werden, da der
Schwefel den NOx-Kat sonst vergiftet. Zur Erkennung des
Regenerationsbedarfs und der Regelung sind zahlreiche
Sensoren (z.B. Druck, Temp. ...) erforderlich.
oder ...
Harn stoff-Kat: System SCR (selektive katalytische Reduktion) reduziert NOx zu N 2 und H 2 O bei einem
Wirkungsgrad von ca. 60%. Harnstoff wird getrennt getankt und zerfällt im Abgas zu Ammoniak (NH 3 ), das mit NOx
reagiert. oder ...
D-Cat: Common-Rail-Motor der 3. Generation (1800 bar, Pilot-, Haupt- und Nacheinspritzung) plus Turbolader mit
varabler Turbinengeometrie, Ladeluftkühlung, elektronisch geregelter wassergekühlter Abgasrückführung und
speziellem Einspritzsystem.

Verbrennungsmotoren IV: Abgasreinigung
Ergänzen Sie
die Tabelle über
die Bestandteile
der Abgase eines
Ottomotors!
1. Bezeichnung Symbol giftig krebserregend umwandelbar
H 2O
Wasserdampf
Kohlenmonoxid CO ja ja
Kohlendioxid CO 2
Kohlenwasserstoffe HC ja ja ja
Stickoxide NOx ja ja
Stickstoff N 2
2. a) Was versteht man allgemein unter einem Katalysator?
b) Beschreiben Sie den Aufbau eines Abgaskatalysators für den Ottomotor!
a) Katalysator = Stoff, der durch bloße Anwesenheit eine chemische Reaktion auslöst,
beschleunigt oder ihren Verlauf bestimmt.
b) Keramikkörper mit vielen feinen Kanälen, auf deren Oberflächen feinporiges Al 2 O 3
aufgebracht und dann Platin, Rhodium und Palladium aufgedampft wurde.
3. Interpretieren Sie die beiden Diagramme!
„fett“ „mager“
Die Abgase des Motors (CH, CO, NOx) verändern ihre
Anteile in Abhängigkeit des Luftverhältnisses: Mit
steigendem Luftanteil verbessern sich die Werte für CH
und CO durch die bessere Verbrennung. Stickoxide
entstehen aber besonders bei guter Verbrennung (bei
hohen Temperaturen).
Das 2. Diagramm zeigt die Wirkung des Katalysators. Die
besten Ergebnisse werden nur innerhalb eines schmalen
λ-Fensters erreicht.
4. Welche wichtige Betriebsbedingungen müssen eingehalten werden, damit ein Drei-Wege-Katalysator
wirkungsvoll arbeiten kann? Wodurch erreicht man dies?
Das Luftverhältnis muss konstant λ=1 bleiben, d.h. eine Lambda-Sonde muss diese Größe
erfassen und dem Regelkreis weiterleiten. Die optimale Betriebstemperatur (400-800 O C)
einhalten!
Im Kraftstoff dürfen keine Bleizusätze sein.
5. a) Tragen Sie folgende Begriffe ins Sankey Diagramm ein:
(Abgase 32% ~ Hilfsantriebe 6% ~ Kraftstoffmenge 100%
Kühlwasser 30% ~ Nutzarbeit 34% ~ Reibung und Strahlung 2%)
b) Was beschreibt das Diagramm?
c) Bestimmen Sie den effektiven, den inneren (=thermodyn.) und
den mechanischen Wirkungsgrad des dargestellten
Dieselmotors!
Es bilanziert die Energie-„verluste“ und die Nutzarbeit.
0,34
ηeff
= 0,34 ηi
= 0,4 η
mech
= = 0,85
0, 4