Dieselmotor: Saubere Verbrennung rückt näher
Uni Karlsruhe präsentiert neues Einspritzverfahren auf der Woche der Umwelt
Dieselmotoren sind in Verruf geraten - sie produzieren zuviel Ruß und Stickoxide. Wissenschaftler am Institut für Kolbenmaschinen (IfKM) der Universität Karlsruhe haben eine Möglichkeit ausgetüftelt, die sowohl Ruß- als auch Stickoxidbildung reduziert. Professor Dr. Ulrich Spicher, IfKM-Leiter: "Durch die neue Technologie geht die Rußbildung des Testmotors um 47 Prozent, die Stickoxidbildung um 53 Prozent zurück." Ihre Ergebnisse präsentieren die Wissenschaftler am 5. und 6. Juni auf der "Woche der Umwelt" im Schloss Bellevue in Berlin (Standnummer 86). Unter der Schirmherrschaft von Bundespräsident Horst Köhler will die Veranstaltung Chancen zur Lösung globaler Umweltfragen aufzeigen.
Dieselmotoren arbeiten nach einem zweiphasigen Prinzip: In der Voreinspritzphase bringt eine Düse eine kleine Menge Kraftstoff in den Brennraum ein, wo er sich entzündet. In der folgenden Haupteinspritzphase spritzt die gleiche Düse den größten Anteil des Kraftstoffs direkt in diese Flamme. Die Folge: Während dieser Phase entstehen viele Rußpartikel. Einer der Gründe: Das Verhältnis von Kraftstoff zu Sauerstoff ist hoch (fette Verbrennung). Dadurch ist an dieser Stelle des Brennraums nicht genügend Sauerstoff vorhanden, der den entstehenden Ruß oxidieren und damit unschädlich machen könnte.
Dieses Problem behebt die am IfKM entwickelte Einspritzstrategie. Sie nämlich trennt die Vor- und Haupteinspritzung nicht nur zeitlich, sondern auch räumlich. Wie bei herkömmlichen Dieselmotoren wird auch hier zunächst die Voreinspritzphase eingeläutet. Dann aber bringt eine zweite Düse an einer anderen Stelle im Brennraum den Hauptanteil des Kraftstoffs ein. Ein erster Vorteil: "Wir nutzen den Sauerstoff, der im gesamten Brennraum verteilt ist, durch die räumliche Trennung besser aus", erklärt Spicher.
Ein weiteres Problem der Dieselmotoren jedoch sind die hohen Stickoxidemissionen, sodass dieses Prinzip allein noch nicht zum Durchbruch verhalf. Erst in Kombination mit einer Abgasrückführung erreicht der Versuchsmotor die oben genannten Werte. Dabei leiten die Forscher etwas 35 Prozent der entstehenden Abgase wieder in den Motor-Brennraum zurück. Diese Methode führt zu einer niedrigeren Verbrennungstemperatur, sodass weniger Stickoxide entstehen. Spicher: "Mit dieser Kombination haben wir erreicht, was bisher nicht möglich war: Die gleichzeitige Reduzierung der Ruß- und der Stickoxidemissionen."
Mit der räumlichen Trennung gehen die Karlsruher Wissenschaftler neue Wege. Spicher: "Unser Ansatz möchte den Ruß durch Veränderungen im Motor erst gar nicht entstehen lassen - das ist bisher bei robusten, konventionellen Brennverfahren noch niemandem gelungen."
Hintergrund Dieselmotoren
Dieselmotoren haben gegenüber Ottomotoren einen höheren Wirkungsgrad. Sie verbrauchen also für die gleiche Leistung weniger Kraftstoff, sodass weniger Kohlendioxid entsteht als bei Ottomotoren. Dieser Aspekt ist im Hinblick auf die Klimaerwärmung und die geplante Reduzierung des CO2-Ausstoßes von großer Bedeutung. Ein Nachteil der Dieseltechnologie ist die Rußbildung. Ihr begegnet die Industrie derzeit vor allem durch die Nachbehandlung der Abgase, zum Beispiel durch Partikelfilter.
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