Kellner, Mahbobeh:

Entwicklung eines mobilen Sauerstoffgenerators zur Verbesserung des Verbrennungsvorgangs im Fahrzeugmotor

Duisburg-Essen (2003), 114, IV S.
Dissertation / Fach: Maschinenbau
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Dissertation
Abstract:
Das weltweite Bestreben die Umwelt drastisch zu entlasten führt zu immer strengeren Vorgaben hinsichtlich der zulässigen Emissionen bei Verbrennungsvorgängen. Zum einen sind es gesetzliche Bestimmungen, zum anderen sind es finanzielle Belastungen für die "Umweltbelaster". So gibt es neben den neuen niedrigeren Grenzwerten nun auch die vor wenigen Jahren eingeführte Ökosteuer, die in mehreren Stufen erhöht wird. Zusätzlich wird der Brennstoff höher besteuert. Eine Senkung der neu entstandenen Kosten kann durch Verringerung des Verbrauchs durch Vermeidung oder durch Verbesserung der Energienutzungsgrade erreicht werden. Da kaum jemand bereit ist auf den erreichten Lebensstandard zu verzichten, ist es Aufgabe der Industrie Verfahren zu entwickeln, die zu höheren Energieausbeuten führen. Betrachtet man die Automobilindustrie als eine der Hauptbeteiligten an der Umweltbelastung, so stellt man fest, dass sich ihre Massnahmen vor allem im konstruktiven Bereich und der Verwendung neuer leichtgewichtige Materialien konzentrieren. Ein direkter Eingriff in den Verbrennungsvorgang erfolgt nur selten. In der vorliegenden Arbeit wurde der Sauerstoffgehalt der Verbrennungsluft als ein neuer Parameter in der Verbrennungstechnik aufgezeigt. Die Luftzusammensetzung wurde bisher als unveränderlich gesehen. Nun besteht die Möglichkeit durch Verwendung eines Sauerstoffgenerators den Sauerstoffgehalt der Luft zu erhöhen. Dabei wird der Sauerstoff während der Fahrt bei Umgebungstemperaturen produziert. Die Möglichkeit einen höheren Sauerstoffgehalt in der Verbrennungsluft zur Verfü-gung zu haben eröffnet zahlreiche neue Wege zur Brennstoffeinsparung und zur Umweltentlastung. Die Verwendung von sauerstoffangereicherter Luft verringert die Gasvolumenströme und somit die Dimensionen der beteiligten Komponenten. Dies wirkt gewichtssenkend, was letztlich zur Brennstoffeinsparung führt. Gleichzeitig erfolgt eine vollkommenere Verbrennung, d. h. weniger unverbrannte Partikel und unvollständig verbrannte Gase gelangen in die Atmosphäre. Die Konsequenz ist eine effizientere Energieausnutzung und eine Senkung der Schadstoffe. Durch den Einsatz von Sauerstoff wird auch die Zündtemperatur des Brennstoffs gesenkt und die Verbrennungstemperatur erhöht. Die umweltschädigende Kaltphase während des Startvorgangs wird schneller beendet. Das Ergebnis ist auch hier eine geringere Emission. Die Senkung der Zündtemperatur ermöglicht auch den Einsatz weiterer Brennstoffe, die ein trägeres Zündverhalten aufweisen. Sauerstoff kann auch im Abgasbereich bzw. im Katalysator unterstützend wirken. Durch die Versuchsdurchführung an einer neu entwickelten kompakten Sauerstoffanlage konnte bewiesen werden, dass ein Einsatz im Fahrzeug durchaus möglich ist. Die Erfolgsaussichten sind vorhanden, auch wenn der Entwicklungsaufwand durch Veränderung des Motoraufbaus nicht unerheblich wird und der energetische Aufwand des Sauerstoffgenerators den Vorteil zum Teil wieder aufhebt. Die Sorge die Sauerstoffanreicherungsanlage würde so gross werden, dass ein mobiler Transport nicht möglich sei wird nicht bestätigt. Bereits eine geringfügige Erhöhung des Luftsauerstoffgehaltes auf 23 Vol.-% führt zu einer Verbesserung des Verbrennungsvorgangs, der anhand von theoretischen Berechnungen und praktischer Vorversuche an einem Dieselmotor in der vorliegenden Arbeit untersucht wurde. Hauptziel dieser Arbeit ist es neue Denkanstösse zu liefern durch Aufzeigen eines neuen Parameters in der Verbrennung durch Lieferung der Quelle: Der Sauerstoff.