Kleine Motoren haben ein großes Kohlenmonoxid-Problem

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Kleinere Motoren waren vor Jahren die Antwort auf den hohen Verbrauch moderner Kleinwagen. Downsizing galt als Zauberwort der Automobilbranche. Doch nun haben Forscher aus dem Fachbereich Maschinenbau der Technischen Universität Darmstadt herausgefunden, das Downsizing zu einem verstärkten Auftreten von Kohlenmonoxid führt. Das giftige Gas entsteht bei unvollständiger Verbrennung des Treibstoffs und sollte nicht nur wegen der gesundheitsschädlichen Wirkung vermieden werden. 

Modellexperimente von Wissenschaftlern um Professor Dr. Andreas Dreizler, Leiter des Fachgebiets Reaktive Strömungen und Messtechnik, zeigen, dass erhöhte Kohlenmonoxid-Konzentrationen an den Wänden der Zylinderkammer auftreten. "Dort ist es kühler als im Innern 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. Bürkle ist Geschäftsführer des Sonderforschungsbereichs/Transregio 150, in dessen Rahmen die Studie stattfand.

Flamme-Wand-Interaktionen kleiner Motoren

Da Flamme-Wand-Interaktionen in kleineren Motoren ausgeprägter sind, ist das Problem hier gravierender als in Maschinen mit größerem Hubraum. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der September-Ausgabe der Fachzeitschrift "Combustion and Flame". Die Ursache der hohen Kohlenmonoxid-Werte erschloss sich nicht alleine aus dem Experiment. Ein Team um Dreizlers Kollegen Professor Dr. Johannes Janicka, Leiter des Fachgebiets Energie und Kraftwerkstechnik, klärte das Phänomen aber mit einer Computersimulation auf, die jetzt ebenfalls in "Combustion and Flame" präsentiert wird. 

"Unsere Berechnungen zeigen, dass das Kohlenmonoxid nicht in Wandnähe entsteht, sondern sich strömungsbedingt dort anreichert", erläutert Co-Autor Guido Künne.
"Unser Computermodell gibt den Motorherstellern ein wichtiges Werkzeug zur Hand. Damit können sie simulieren, welchen Einfluss Wandtemperaturen und andere Parameter auf die Anreicherung von Kohlenmonoxid haben", betont Bürkle. Bei messtechnisch aufwendig zu erfassenden Systemen wie Verbrennungsmotoren spielen Simulationen eine immer größere Rolle. Der Sonderforschungsbereich/Transregio 150 umfasst 17 Teilprojekte mit insgesamt 45 Forscherinnen und Forschern der TU Darmstadt und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).