Geringer Schadstoffausstoß beim Betrieb von Dieselmotoren

Dieselmotoren glänzen mit einem wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch, erstklassiger Haltbarkeit und hervorragenden Fahreigenschaften. Im Vergleich zu Benzinmotoren stoßen sie aber höhere Mengen Stickstoffoxide (NOx) und Feststoffteilchen aus. Mit der homogenen kompressionsgezündeten Verbrennung (HCCI – Homogeneous Charge Compression Ignition) können hohe Wärmewirkungsgrade und geringe Emissionen erreicht werden, wodurch das Problem gelöst werden kann.

Bei HCCI handelt es sich um eine Verbrennungstechnologie, die ein potenzielles Verfahren für zukünftige Motoren für Automobilunternehmen einschließt. In einem HCCI-Motor wird eine verdünnte, vorgemischte Kraftstoff-Luft-Menge selbstgezündet und als Ergebnis der Verdichtung durch den Kolben volumetrisch verbrannt. Hierbei handelt es sich um eine moderne Art von Motoren, die eine ebenso hohe Effizienz wie die herkömmlichen Typen der internen Verbrennungsmotoren zeigen, aber weitaus weniger Schadstoff ausstoßen. Das Ziel des SPACE-LIGHT-Projekts bestand in der Konstruktion und Entwicklung eines neuen homogenen Verbrennungsprozesses für Pkw-Dieselmotoren.

Die innovative Kombination von verschiedenen Motor- und Einspritztechnologien führte zu einer PCCI-Verbrennung (Premixed Charge Compression Ignition), die in einem Forschungsmotor mit einem Zylinder und Einlasskanaleinspritzung genutzt wurde. Das PCCI-Verbrennungsverfahren wird realisiert durch die frühzeitige Einspritzung eines Teils des Kraftstoffs in den Zyklus, so dass sich vor der eigentlichen Kraftstoffeinspritzung und der diffusionsgesteuerten Verbrennung eine vorgemischte Menge bilden kann.

Heptan wurde als Testkraftstoff verwendet, weil es eine ähnliche Cetanzahl wie Dieselkraftstoff und niedrige Siedetemperaturen aufweist. Die durchgeführten Forschungen gewährten Einblicke in die Auswirkungen des Verdichtungsverhältnisses und der Temperatur des Ansauggemisches auf die Leistung und den Schadstoffausstoß von Motoren. Eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses kann die Tragweite der PCCI-Verbrennung steigern. Außerdem wird der bei der HCCI-Verbrennung erreichte IMEP-Wert (Indicated Mean Effective Pressure – Indizierter mittlerer Arbeitsdruck) reduziert, die Verbrennung erfolgt eher und die kürzere Dauer resultiert in geringfügig reduzierten Emissionen. Ähnlich der Auswirkungen des Verdichtungsverhältnisses führt auch eine erhöhte Temperatur der Ladung dazu, dass die Verbrennung eher erfolgt und schließlich weniger Schadstoffe ausgestoßen werden.

Das während des SPACE-LIGHT-Projekts gewonne Wissen über den PCCI/HCCI-Verbrennungsprozess kann die vorhandenen Kenntnisse und Kompetenzen in diesem Bereich verbessern. Potenzielle Kooperationen auf dem Gebiet der flexiblen Kraftstoffeinspritzsysteme sowie deren Steuerung können zu fortschrittlichen Diagnoseverfahren für Verbrennungsprozesse führen.