Diesel-Wasser-Emulsion als Maßnahme zur Schadstoffreduzierung bei Dieselmotoren

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1 Diesel-Wasser-Emulsion als Maßnahme zur Schadstoffreduzierung bei Dieselmotoren Prof. Dr.-Ing. Ch. Simon Dipl.-Ing. (FH) H. Dörksen Dipl.-Ing. (FH) A. Berenz cand. Ing. (FH) A. Franzen 1

2 Vortragsübersicht Schadstoff-Grenzwerte Ruß-NOx-Trade-Off Möglichkeiten der Wassereinspritzung Ausblick 2

3 Grenzwerte Pkw Europa, USA, Japan AC-Koll Bd 1 CARB: California Air Recources Board EPA: Environmental Protection Agency BIN: Emissionsstandards CAFE: Corporate Average Fuel Economy 3

4 Grenzwerte Nfz Europa EURO IV: EURO V: (neue Typen) Übergangszeit alte Typen bis: danach Fahrzeuge nur noch nach EURO V (WM-Sym. Bd1, S. 52/53) 4

5 Ruß-NOx-Trade-Off (Dieseldilemma) 8 Partikel [g/h] NOx [ppm] 5

6 Möglichkeiten der Wassereinspritzung Geschichtete Wassereinspritzung Wassereindüsung Diesel-Wasser-Emulsion Vorgemischte Emulsion On-Board-Mixing (extern) On-Board-Mixing (intern) 6

7 Geschichtete Wassereinspritzung 7

8 Systemübersicht geschichtete Wassereinspritzung Axialverteiler- Einzelpumpen- Element Wasserförderung Einspritzpumpe VP37 8

9 Zweistoff-Einspritzdüse Düse mit Nadel Zwischenstück Rückschlagventil Wasserkanal Kraftstoffkanal 9

10 Einzylinder Forschungsmotor Hub mm 95,0 Bohrung mm 79,5 Hubvolumen ltr 0,47 Verdichtung -- 20,0 max. Mitteldruck bar 8,0 10

11 NOx-Konzentration in Abhängigkeit der Motorlast NOx [ppm] ohne Wasser 25 % Wasser 40% Wasser Motordrehmoment [Nm] 11

12 Rußbeladung in Abhängigkeit der Motorlast 3,0 2,5 2,0 Russbeladung [FSN] 1,5 1,0 ohne Wasser 25% Wasser 40% Wasser 0,5 0, Motordrehmoment [Nm] 12

13 Spez. Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit der Motorlast be [g/kwh] ohne Wasser 25% Wasser 40% Wasser Motordrehmoment [Nm] 13

14 Wassereindüsung 14

15 Versuchsmotor 4-Zylinder-Motor ATL-Aufladung mit Ladeluftkühlung PLD-Direkteinspritzung Hubraum: 3,2 ltr Leistung: 82 kw 15

16 Anordnung Wassereindüsung 16

17 Systemübersicht Wassereindüsung 17

18 NOx- und Russbildung bei Wassereindüsung 1100 NOx [ppm] % Wasser 20% Wasser 30% Wasser Diesel Md_mitt [Nm] 18

19 NOx- und Russbildung bei Wassereindüsung 2 FSN 1,8 1,6 1,4 1,2 1 10% Wasser 20% Wasser 30% Wasser Diesel 0,8 0,6 0,4 0, Md_mitt [Nm] 19

20 Vorgemischte Diesel-Wasser- Mikro-Emulsion Institut für Physikalische Chemie Universität Köln Prof. Dr. Strey 20

21 Vergleich Diesel-Wasser-Mikroemulsion n = /min Diesel 20% Wasser 30% Wasser 40% Wasser 50% Wasser 21

22 Lastsprünge 5-Zylinder-Motor 22 ATL-Aufladung mit Ladeluftkühlung Hubraum: 10 ltr Leistung: 192 kw

23 Lastsprünge 23

24 Diesel-Wasser-Emulsion On Board-Mixing (extern) 24

25 Systemübersicht externe Diesel-Wasser-Mischereinheit 25

26 Versuchsmotor mit Mischereinheit 26

27 13-Punkte-Test Diesel (ohne Chip) Md [Nm] Pe [kw] Md Pe n [U/min] 27

28 Vergleich spez. Kraftstoffverbrauch Diesel-Wasser-Emulsion 28

29 Vergleich spez. Kraftstoffverbrauch Diesel-Wasser-Emulsion 29

30 Vergleich Russbeladung Diesel-Wasser-Emulsion 30

31 Vergleich Russbeladung Diesel-Wasser-Emulsion grav. PM: Reduzierung um ca.50 % 31

32 Vergleich Stickoxide Diesel-Wasser-Emulsion 32

33 Vergleich Stickoxide Diesel-Wasser-Emulsion 33

34 Diesel-Wasser-Emulsion On Board-Mixing (intern) gefördert durch: AiF/BMBF 34

35 Systemübersicht interne Diesel-Wasser-Emulsionsbildung 35

36 Prüfstand Modell-Mischkammer 36

37 Prüfstand Modell-Mischkammer 37

38 Modell-Mischkammer reines Wasser und Dieselkraftstoff 38

39 Modell-Mischkammer Wasser mit Emulgator und Dieselkraftstoff (Mikroemulsion, Uni Köln) 39

40 Ausblick Weiterentwicklung der internen On Board Mischung (AiF/BMBF-Projekt) Optimierung der Diesel/Wasser- Mischungsverhältnisse (Stiftung Rheinl.-Pfalz für Innovation) Kombination Diesel-Wasser-Emulsion mit modernen Abgasnachbehandlungssystemen in Verbindung mit Wasserrückgewinnung 40

41 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 41

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