7. Verbrennungsmotoren IV Flashcards
Emissionsvorschriften in der EU - Überblick
—> Folie 4
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Entwicklung der Luftschadstoffe in Deutschland
—> Folie 5!
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CO2-Ziele von Deutschland
- die CO2 Ziele von Deutschland sind extrem anspruchsvoll, aber zu Begrenzung des Klimawandels notwendig
- die Entwicklung im Verkehrssektor ist als sehr kritisch einzustufen, da es hier u.a. aufgrund des erhöhtem Verkehrsaufkommens seit 1990 keine Reduktion gegeben hat. Die Reduktion in 2020 ist auf den Sondereffekte der Corona Pandemie zurückzuführen
—> Folie 6!
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NOx-Rohemissionen am Beispiel eines Ottomotors
NOx-Rohemissionen in Abhängigkeit von der Luftzahl lambda und vom Zündwinkel alphasubz
—> siehe Folie 7!
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HC- und CO-Rohemissionen am Beispiel eines Ottomotors
—> HC-Rohemissionen in Abhöngigkeit von der Luftzahl lambda und vom Zündwinkel alphasubz (Folie 8)
—> CO-Rohemissionen in Abhängigkeit von der Luftzahl lambda und vom Zündwinkel alphasubz (Folie 8)
Optimierungsmöglichkeiten jeweils erkennbar!
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Abgasrückführung am Beispiel eines Dieselmotors
Es zeigt sich, dass nicht alle ?(1)? gleichzeitig ?(2)? werden können.
Die Auslegung des Motors ist immer ein ?(3)?.
(1) Abgasemissionen
(2) optimiert
(3) Kompromiss
Abgasrückführung am Beispiel eines Dieselmotors
—> Folie 9!
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Abgasrückführung
Niederdruck (ND) und Hochdruck (HD)
Folie 10 verdeutlicht die Komplexität der Abgasrückführung.
Man muss zwischen Niederdruck und Hochdruck unterscheiden.
Hauptkomponenten nochmal gezeigt (u.a. Turbolader, Abgaskühler, Luftfilter, Katalysator, Luftpartikelfilter)
—> Folie 10 ansehen!
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Abgasrückführung (AGR)
Niederdruck (ND) und Hochdruck (HD)
—> Folie 11 ansehen
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HD-AGR (Hochdruck-Abgasrückführung)
Vorteile: ?? (3)
- Serie seit Euro3
- keine Probleme mit LLK (Ladeluftkühler) oder Verdichterverschmutzung
- schnelles AGR-Ansprechverhalten durch geringes AGR-Volumen
ND-AGR (Niederdruck-Abgasrückführung)
Vorteile: ?? (3)
- bessere Kühlungsmöglichkeit der Mischluft
- beste Zylinderverteilung der AGR-Luft
- ATL-Ansprechverhalten / höhere Startdrehzahl
Vergleich von Hochdruck- und Niederdruck-AGR-Systemen (Abgasrückführungssystemen)
—> Überblick über Vor- und Nachteile auf Folie 12 ansehen
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Abgasnachbehandlung für Ottomotoren:
Drei-Wege-Katalysator
Bei ?(1)? Luft-Kraftstoff-Gemischverteilung mit ?(2)? Luft-Kraftstoff-Verhältnis (lambda = ?(3)?) kann der betriebswarme Drei-Wege-Katalysator die Schadstoffe ?(4)?, ?(5)? Und ?(6)? nahezu vollständig umwandeln.
Die genaue Einhaltung von ?(7)? erfordert jedoch eine Luft-Kraftstoff-Gemischbildung mittels ?(8)? geregelter ?(9)?.
Diese hat den bis zur Einführung des Drei-Wege-Katalysators hauptsächlich verwendeten Vergaser heute vollständig ersetzt.
(1) homogener
(2) stöchiometrischem
(3) = 1
(4) Kohlenmonoxid (CO)
(5) Kohlenwasserstoffe (HC)
(6) Stickoxide (NOx)
(7) lambda = 1
(8) elektronisch
(9) Benzineinspritzung
Wie berechnet man das Luftverhältnis lambda?
Lambda = tatsächliche Luftmasse / stöchiometrische Luftmasse
Drei-Wege-Katalysator
Folie 14 ansehen!!
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FOLIE 15 ansehen!
Aufbau Lambda-Sonde (links)
Aufbau Dreiwegekatalysator (rechts oben)
Katalysatorwirkung abhängig von lambda (rechts unten)
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Sekundärlufteinblasung
—> Aufbau Folie 16 (rechts)
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Sekundärlufteinblasung (Teil 1)
Durch thermische ?(1)? von unverbrannten ?(2)? lässt sich die Temperatur im ?(3)? erhöhen.
Hierzu wird ein fettes (λ = ?(4)?) bis sehr fettes (λ = ?(5)?) ?(6)? eingestellt.
Über eine ?(7)? wird dem Abgassystem ?(8)? zugeführt, sodass sich eine ?(9)? im Abgas ergibt.
(1) Nachverbrennung
(2) Kraftstoffbestandteilen
(3) Abgassystem
(4) 0,9
(5) 0,6
(6) Grundgemisch
(7) Sekundärluftpumpe
(8) Sauerstoff
(9) magere Zusammensetzung
Sekundärlufteinblasung (Teil 2)
Durch thermische Nachverbrennung von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen lasst sich die Temperatur im Abgassystem erhöhen. Hierzu wird ein fettes (λ = 0,9) bis sehr fettes (λ = 0,6) Grundgemisch eingestellt. Über eine Sekundärluftpumpe wird dem Abgassystem Sauerstoff zugeführt, sodass sich eine magere Zusammensetzung im Abgas ergibt.
Bei sehr fettem Grundgemisch (λ = 0,6) ?(1)? die ?(2)? Kraftstoffbestandteile oberhalb einer bestimmten Temperaturschwelle exotherm.
Um diese Temperatur zu erreichen, muss einerseits mit späten ?(3)? das Temperaturniveau erhöht werden und andererseits die ?(4)? möglichst nahe an den ?(5)? eingeleitet werden.
Die exotherme Reaktion im Abgassystem erhöht den ?(6)? in den Katalysator und verkürzt somit die ?(7)?.
Zudem werden die HC und CO-Emissionen im Vergleich zu rein motorischen Maßnahmen noch vor Eintritt in den Katalysator ?(8)?.
Bei weniger fettem Grundgemisch (λ = 0,9) findet vor dem Katalysator keine nennenswerte Reaktion statt. Die unverbrannten Kraftstoffbestandteile oxidieren erst im Katalysator und ?(9)? diesen somit von innen auf.
Dazu muss jedoch zunächst die ?(10)? des Katalysators durch konventionelle Maßnahmen (wie Zündwinkelspätverstellung) auf ?(11)? gebracht werden.
In der Regel wird ein ?(12)? fettes Grundgemisch eingestellt, […]
(1) oxidieren
(2) unverbrannten
(3) Zündwinkeln
(4) Sekundärluft
(5) Auslassventilen
(6) Wärmestrom
(7) Aufheizdauer
(8) reduziert
(9) heizen
(10) Stirnfläche
(11) Betriebstemperatur
(12) weniger
3-Wege-Katalysator
—> YouTube:
- Wie funktionieren 3-Wege-Katalysatoren und Lambdasonde !!!
Abgasrückführung (AGR)
—> YouTube:
- Die Abgasrückführung (AGR) einfach erklärt
Sekundärlufteinblasung
—> YouTube:
- Sekundärluft Grundlagen
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Abgasnachbehandlung für Dieselmotoren:
NOx-Speicherkatalysator (LNT, bzw. Lean NOx Trap)
Notwendigkeit zu erkennen in Folie 17 (links)
Aufbau des NOx-Speicherkatalysators mit nachgeschaltetem Dieselpartikelfilter
—> Folie 17 (rechts
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Funktion des NOx-Speicherkatalysators (LNT, Lean NOx Trap)
Mager-NOx-Fallen, auch als NOx-Adsorber bekannt, vereinen drei Wirkkomponenten: ??
- einen Oxidationskatalysator, z. B. Platin (Pt)
- ein Adsorptionsmittel, z. B. Barium- und/oder andere Oxide
- einen Reduktionskatalysator, z. B. Rhodium (Rh).
Funktion des NOx-Speicherkatalysators (LNT, Lean NOx Trap)
1) Wo befindet sich die Adsorber?
2) Welche Funktion haben die Adsorber?
3) Was passiert, wenn die Adsorber-Kapazität gesättigt ist?
1) In der Beschichtung des Katalysators eingebaut.
2) Sie binden im Magerbetrieb des Motors chemisch NOx
3) Dann wird das System in einer Phase, in der der Motor fett betrieben wird, regeneriert und das freigesetzte NOx über den Katalysator zu Stickstoff reduziert
NOx-Speicherkatalysator am Beispiel eines FSI-Motors (Fuel Stratified Injection)
—> siehe Folie 18!!
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NOx-Katalysator für Dieselmotoren
—> Speicher-Kat
Siehe Folie 19! (recht komplexe Darstellung)
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SCR-System zu NOx Umwandlung
—> brachte einen deutlichen Fortschritt
Aufbau des Systems auf Folie 20 (links)!!!
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