Entwicklung einer Reduktionsmittel-Direkteinspritzung zur Stickoxidreduzierung bei Grossdieselmotoren

Projektleitung:Prof. Dr.-Ing. Horst Rulfs
Mitarbeiter:Dipl.-Ing. S. Birkenhagen
Laufzeit:01.07.1994 - 30.09.1998
 

Zukünftig sind konstruktive und betriebliche Maßnahmen erforderlich, um die Schadstoffemissionen der Großdieselmotoren zu reduzieren. Eine deutliche Verringerung der Stickoxid-Emission kann durch das Einspritzen eines Reduktionsmittels (z. B. Ammoniak- oder Harnstofflösung) in den Abgasstrom erreicht werden. Vereinzelt werden Großmotoren selektive (SCR-) Katalysatoren nachgeschaltet, in denen die Abgasnachbehandlung durch die Reduktionsmitteleinspritzung erfolgt. Nachteilig sind die hohen Kosten und der erhebliche zusätzliche Platzbedarf der Katalysatoranlage.

In einem neuen Verfahren wird deshalb das Reduktionsmittel am Ende der Verbrennung direkt in den Brennraum eingespritzt, um so die Zylinder des Motors selbst als Reaktionsraum zu nutzen und den zusätzlichen Katalysator zu vermeiden. Der praktischen Anwendung dieses Verfahrens stehen bisher die durch das aggressive Reduktionsmittel verursachten starken Korrosionsschäden im Motor entgegen, insbesondere im Reduktionsmittel-Einspritzsystem.

Es wurde ein Prüfstand mit Common-Rail-Einspritzsystem aufgebaut, das die direkte Einspritzung von Reduktionsmitteln und Wasser mit ca. 1.200 bar ermöglicht. In umfangreichen Prüfläufen wurden die Ursachen des starken korrosiven und erosiven Verschleißes untersucht und Abhilfemaßnahmen aufgezeigt. 

Motorenversuche wiesen NOx-Reduktionsraten von 40 bis 50% nach, allerdings ist der Reduktionsmittelaufwand recht hoch. Zur Erklärung dieses unerwarteten Phänomens wurde ein komplexes Simulationsprogramm entwickelt. Hiermit war nachzuweisen, daß infolge der inhomogenen Brennraumbedingungen Oxidationsreaktionen zwischen Sauerstoff und Reduktionsmittel ablaufen, dessen Verbrauch damit erheblich ansteigt.