Mehr Kohlenmonoxid durch kleineren Hubraum
Die Tendenz der Autobauer zu kleineren Maschinen führt zum verstärkten Auftreten von Kohlenmonoxid an den Wänden der Zylinderkammern, wie Forscher der Technischen Universität Darmstadt ermittelt haben. Ihre simulierten Prozesse von Verbrennungsmotoren und daraus resultierenden Studien sind sowohl für die Automobilindustrie als auch für Konstrukteure von Triebwerken relevant.
Kohlenmonoxid entsteht bei unvollständiger Verbrennung des Treibstoffs und sollte nicht nur wegen der gesundheitsschädlichen Wirkung vermieden werden. Weil die Motorenhersteller immer mehr zum Bau kleinerer Motoren tendieren, wird mehr giftiges Gas freigesetzt. Laut Forschern aus dem Fachbereich Maschinenbau der Technischen Universität Darmstadt führt dieses Downsizing zu einem verstärkten Auftreten von Kohlenmonoxid zurück.
„Dort ist es kühler als im Inneren des Zylinders, daher laufen gekoppelte Reaktions-Transport-Prozesse an den Wänden anders ab. Eine derart hohe Kohlenmonoxid-Konzentration in Wandnähe hatten wir aber nicht erwartet“, sagt Sebastian Bürkle, Geschäftsführer vom Sonderforschungsbereich Transregio 150.
Simulationen am Computer wichtig
Da Flamme-Wand-Interaktionen in kleineren Motoren ausgeprägter sind, ist das Problem an den Wänden gravierender als in Maschinen mit grösserem Hubraum. Die Ursache der hohen Kohlenmonoxid-Werte hat das Phänomen auch nicht zuletzt mittels Simulation am Computer aufgedeckt. „Unsere Berechnungen zeigen, dass das Kohlenmonoxid nicht in Wandnähe entsteht, sondern sich strömungsbedingt dort anreichert“, so Co-Autor Guido Künne.
Die Ergebnisse sind nicht nur für Autobauer relevant, sondern auch für Konstrukteure von Flugzeugtriebwerken. Eine neue Technik, die sogenannte Lean-Burn-Verbrennung, senkt zwar den Stickoxid-Ausstoss des Luftverkehrs. Da die Flamme dabei aber näher an der Wand brennt, steigt die Kohlenmonoxid-Konzentration.
Reduzieren liesse sich die Schadstoffmenge etwa durch eine andere Geometrie der Brennkammer oder eine höhere Wandtemperatur.
