Grundlagen Gasmotoren Dr. DI Günther Herdin - Prof-ges.com

Skriptum
Grundlagen Gasmotoren
Dr. DI Günther Herdin
Koautor: DI Rüdiger Herdin

1. Inhaltsverzeichnis
1. Inhaltsverzeichnis................................................................................................. 2
2. Historischer Rückblick und Allgemeines .............................................................. 4
3. Kraftstoffe ............................................................................................................. 5
3.1. Klassifikation der Kohlenwasserstoffe ........................................................... 6
3.1.1. Alkane (Grenzkohlenwasserstoffe, früher Paraffine)(2): CnH2n+2 ............ 6
3.1.2. Alkene (früher Olefine)(3): CnH2n ............................................................ 7
3.1.3. Cycloalkane (Cyclane, früher: Naphthene, Cycloparaffine)(4): CnH2n ..... 7
3.1.4. Aromaten(5): ........................................................................................... 8
3.1.5. Alkohole (Alkanole)(6): R-OH (R = Alkyl Rest) ........................................ 8
3.2. Methanzahl .................................................................................................... 8
3.2.1. Ermittlung der Methanzahl mehrerer Komponenten ............................... 9
3.2.2. Laminare Flammengeschwindigkeit ...................................................... 10
3.2.3. Wobbeindex .......................................................................................... 11
3.3. Klopfverhalten und Magergrenze................................................................. 12
4. Gemischbildung ................................................................................................. 14
4.1. Allgemeines ................................................................................................. 14
4.2. Gasmischertypen ......................................................................................... 16
4.3. Gasdruckregel- und Sicherheitseinrichtungen ............................................. 22
5. Verbrennungsverfahren ..................................................................................... 23
5.1. Zündungskonzepte ...................................................................................... 25
6. Ladungswechsel und Aufladung ........................................................................ 30
7. Zündung ............................................................................................................. 34
7.1. Stand der Technik ....................................................................................... 34
7.2. Potenziale und Zukunftsprojekte bei der Zündung ...................................... 37
7.2.1. Laserzündung ....................................................................................... 37
7.3. Coronazündung ........................................................................................... 39

8. Emissionen und Regelungskonzepte ................................................................. 41
3
8.1. Emissionen: ................................................................................................. 41
8.2. Regelungskonzepte: .................................................................................... 42
8.2.1. Lambda=1: ............................................................................................ 42
8.2.2. Magermotor Regelung mit Magersonde ................................................ 42
8.2.3. Brennraumtemperaturerfassung (TEM) ................................................ 42
8.2.4. Leanox .................................................................................................. 43
8.2.5. Ionenstromsensor ................................................................................. 44
8.2.6. Zylinderdruckmessung .......................................................................... 44
9. Abgasnachbehandlung ...................................................................................... 45
9.1. 3-Wege Katalysator ..................................................................................... 45
9.2. Oxidationskatalysator .................................................................................. 46
9.3. SCR Technologie ........................................................................................ 46
9.4. Thermische Nachoxidation .......................................................................... 47
10. Motorbauteile .................................................................................................. 48
10.1. Kolbentypen ............................................................................................. 48
10.2. Brennraumgeometrie ................................................................................ 50
10.3. Klopfsensor .............................................................................................. 52
11. Literaturnachweis ............................................................................................ 53
12. Abbildungsverzeichnis .................................................................................... 54

2. Historischer Rückblick und Allgemeines
Die ersten Motoren mit Fremdzündung (Ottomotoren) waren Gasmotoren. Als
Kraftstoff wurde ein aus Kohle oder Holz gewonnenes Gas (Generatorgas)
eingesetzt. Die erreichten Mitteldrücke und Wirkungsgrade waren im Vergleich zum
heutigen Stand der Technik bescheiden. Erst später wurde durch die Motorfahrzeuge
auf einen leichter zu speichernden, flüssigen Kraftstoff, der Weg zum "Benzinmotor"
gefunden. Der Gasmotoren geriet daher nahezu in Vergessenheit. Erst durch die
Potentialausschöpfung der sogenannten Magergemischverbrennung konnte der
Gasmotor gegenüber dem Dieselmotor, speziell in der Stromerzeugung, wieder
aufholen. In der Abbildung 1 sind dazu die erreichten Wirkungsgrade den Leistungen
der einzelnen Techniken gegenübergestellt. Der größte Vorteil des Gasmotors
gegenüber dem Dieselmotor ist durch die ausgezeichneten Emissionen gegeben.
Abbildung 1: Wirkungsgrade verschiedener Konzepte in Abhängigkeit der
installierten Leistung(1)
Lange Zeit beherrschten auch die Gasturbinen im Leistungssegment von 1-3 MW
den Markt für Industrielle Energieerzeugung. Durch den immer wichtiger werdenden
Aspekt des Wirkungsgrades, der über den Verbrauch und die Kraftstoffkosten mit
den Betriebskosten der Anlage gekoppelt ist, ergaben sich in diesem
Leistungssegment schnell klare Vorteile für den Gasmotor, vor allem dann, wenn die
elektrische Leistung im Vordergrund stand.
4
efficiency [%]
70
60
50
40
30
20
gas turbine
combined cycle
10
gas engine
0
diesel engine
0,1 1 10
power [MW]
100 1000

3. Kraftstoffe
Die allgemeinen Definitionen für die Verbrennungsrechnung gelten wie bei flüssigen
Kraftstoffen.
Auszug aus der Nomenklatur:
Ho oberer Heizwert [kJ/kg] ([kJ/m³])
Hu unterer Heizwert [kJ/kg] ([kJ/m³])
Dichte [kg/m³]
Lmin Min. Luftbedarf zur vollständigen Verbrennung []
v Verbrennungsluftverhältnis []
Für gasförmige Kraftstoffe sind zusätzlich zu beachten:
5
Wobbe Index [J/m³]
Dichte des Brenngases [kg/m³]
D Dichte trockener Luft [kg/m³]
w laminare Flammengeschwindigkeit [m/s]
u, o untere, obere Zündgrenze []
MZ Methanzahl []
Ta Selbstentzündungstemperatur [°C]
Gemischheizwert [kJ/m³]

3.1. Klassifikation der Kohlenwasserstoffe
Die Kohlenwasserstoffe lassen sich nach der Struktur ihrer Bindung ordnen.
3.1.1. Alkane (Grenzkohlenwasserstoffe, früher Paraffine)(2): CnH2n+2
Name Formel Kugelstabmodell
Methan CH4
Ethan C2H6
Propan C3H8
n-Butan C4H10
... ... ...
n-Oktan C8H18
iso-Oktan C8H18
Tabelle 1: Alkane
Ab dem Butan muss zusätzlich auf die Art der C-Bindung geachtet werden. Neben
den in Reihe angeordneten C-Atomen (Normal-Bindung) kann auch eine
Verzweigung (Isomer-Bindung) auftreten. Diese Isomere haben die gleiche molare
Masse, aber unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Auf diese Gegebenheiten
muss speziell bei der Verwertung von Chemieabfallgasen in Gasmotoren Rücksicht
genommen werden. Stellvertretend für die unterschiedlichen physikalischen
Eigenschaften der n/iso Verbindungen ist in der nachstehenden Tabelle die Situation
bei Butan dargestellt.
6

7
C4H10
u
Gas in
Luft
[% Vol.]
o
Gas in
Luft
[% Vol.]
Selbstentzündungs-
temperatur
[K]
Molare
Masse
M
[kg/kmol]
Dichte
[kg/m³]
Siedepunkt
@101,325
iso-Butan 1,8 8,4 733 58,123 2,689 261,43
n-Butan 1,9 8,5 678 58,123 2,701 272,65
Tabelle 2: Unterschiede n/iso-Butan
3.1.2. Alkene (früher Olefine)(3): CnH2n
Name Formel Kugelstabmodell
Ethen C2H4
Propen C3H6
n-Buten
(cis/trans/iso)
C4H8
... ... ...
Tabelle 3: Alkene
3.1.3. Cycloalkane (Cyclane, früher: Naphthene, Cycloparaffine)(4): CnH2n
Name Formel Kugelstabmodell
Cyklopropan C3H6
Cyklobutan C4H8
Cyklopentan C5H10
Cyklohexan C6H12
... ... ...
Tabelle 4: Cycloalkane
kPa
[K]

3.1.4. Aromaten(5):
Name Formel Kugelstabmodell
Benzen C6H6
Toluen C7H8
... ... ...
Tabelle 5: Aromaten
3.1.5. Alkohole (Alkanole)(6): R-OH (R = Alkyl Rest)
Name Formel Kugelstabmodell
Methanol CH3OH
Ethanol (Äthanol) C2H5OH
... ... ...
Tabelle 6: Alkohole
3.2. Methanzahl
Die Methanzahl (MZ) wird definiert durch das volumetrische Mischungsverhältnis von
Methan (MZ = 100) bzw. Wasserstoff (MZ=0) und gibt damit direkt Aufschluss über
die Klopffestigkeit des Gases. Eine Zahl nahe 100 bedeutet eine hohe bzw. eine Zahl
nahe 0 eine niedrige Klopffestigkeit. Ein Gemisch von 20 % H2 und 80 % CH4 hat
demnach eine Methanzahl von 80. Sehr wichtig ist, dass diese Definition bei einem
Lambda von 1 festgelegt wurde. Die Methanzahl von anderen Gasen wurde durch
eine Arbeit von Cartellieri und Pfeifer an einem CFR Einzylindermotor
versuchstechnisch erfasst. (7)
Die nachstehende Tabelle zeigt die Methanzahlen, das Lmin und den Hu der
wichtigsten Gase.
8

Brennstoff Bezeichnung MZ Lmin
9
[Nm³L/Nm³]
Hu
[kWh/Nm³]
H2 Wasserstoff 0 2,379 2,996
CH4 Methan 100 9,537 9,971
C2H4 Ethylen 15 14,39 16,521
C2H6 Ethan 43,7 16,85 17,89
C3H8 Propan 33 24,24 26,00
C4H10 Butan 10 32,26 34,34
CO Kohlenmonoxid 75 2,381 3,51
Tabelle 7: Methanzahlen wichtiger Gase
3.2.1. Ermittlung der Methanzahl mehrerer Komponenten
Bei Gasgemischen von jeweils 3 Komponenten kann die Methanzahl durch
sogenannte Dreiecksdiagramme bestimmt werden. Das Lesen der Diagramme ist in
Abbildung 2 dargestellt.
Punkt P repräsentiert das
Gemisch der
prozentuellen Anteile
a, b, c der Komponenten
A, B, C
Zweidimensionales
Diagramm welches alle
Gemische mit derselben
Klopfgrenze auf der
eingezeichneten Linie
zeigt
Abbildung 2: Aufbau eines Dreiecksdiagrammes
Dreidimensionales
Diagramm: Die
Klopfgrenze jedes
Gemisches wird auf der
vertikalen Achse
dargestellt

Die Abbildung 3 zeigt das Dreiecksdiagramm möglicher Zusammensetzungen von
Klärgas.
10
methan number lines
test conditions:
n=900 rpm , Ignition= 15°BTDC, =1
CFR / RDH engine
Abbildung 3: Dreiecksdiagramm von Methan, CO2 und N2
knocking resistance: KI=50 const, LWOT
Seit der Verfügbarkeit des Computers werden am Markt Berechnungsprogramme
verschiedener Softwarehersteller angeboten. In Europa wird hauptsächlich das von
der AVL entwickelte Programm eingesetzt. Sehr wichtig bei der Anwendung in
Zusammenhang mit H2 ist, dass je nach dem Gehalt an Wasserstoff der
Betriebspunkt zur "mageren" Seite verschoben werden kann und damit eine
klopffreie Verbrennung stattfindet. Die Rechnung bezieht sich wie oben angeführt auf
Lambda 1 und gibt somit ein nicht korrektes Klopfverhalten an.
3.2.2. Laminare Flammengeschwindigkeit
Die laminare Flammengeschwindigkeit gibt an, mit welcher Geschwindigkeit sich die
Flamme bei laminaren Strömungsverhältnissen ausbreitet. Im Bereich der
stöchiometrischen Verhältnisse ist die laminare Flammengeschwindigkeit am
größten, mit zunehmendem Abmagern des Gemisches wird die laminare
Flammengeschwindigkeit zunehmend langsamer. Ebenso ist dieser Effekt auch bei
dem Anfetten des Gemisches festzustellen. Die verschiedenen Brenngase haben ein
unterschiedliches Verhalten (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4: Einfluss des Lambdas auf die laminare Flammengeschwindigkeit
verschiedener Gase
3.2.3. Wobbeindex
Der Wobbeindex ist der Quotient aus dem Brennwert oder Heizwert und der
Quadratwurzel der relativen Dichte. Die relative Dichte ist der Quotient aus der
Dichte des Brenngases und der Dichte trockener Luft unter gleichen Druck- und
Temperaturbedingungen.
Formel für den oberen Wobbeindex:
Formel für den unteren Wobbeindex:
Die Einheit des Wobbeindex ist J/m³ oder kWh/m³, analog der Einheit des Heiz- bzw.
Brennwertes.
11
laminar flame speed [cm/s]
120
100
80
60
40
20
0
bio gas
coke gas
natural gas
wood gas
pyrolysis gas
1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
AF-ratio Λ

Stoff Ws [MJ/m³] Wi [MJ/m³]
Wasserstoff, H2 48,34 40,90
Methan, CH4 53,45 48,17
Propan, C3H8 81,18 74,74
Verbund Erdgas Nord 51,55 46,54
Russisches Erdgas 53,21 47,97
Biogas (65 Vol% CH4) 28,44
Tabelle 8: Wobbeindex verschiedener Brenngase
Der Wobbeindex wird benötigt, um die Austauschbarkeit von Brenngasen zu
beurteilen. Brenngase mit gleichem Wobbeindex ergeben bei gleichem Düsendruck
die gleiche Wärmebelastung im Brenner. Die Brennerdüse muss in diesem Fall nicht
ausgetauscht werden.
Wenn zum Beispiel Erdgas durch ein Propan/Luft-Gemisch ersetzt werden soll, reicht
es nicht aus, eine Mischung mit gleichem Heizwert zu erzeugen. Da dieses Gemisch
eine andere Dichte hätte, würde durch den Brenner eine andere Menge strömen und
sich dadurch ein anderer Energieumsatz ergeben. Durch das Einbeziehen der Dichte
ergibt sich jedoch genau der Volumenstrom, der nötig ist um die gleiche
Energiemenge durchzusetzen.
Wichtig für die Anwendung bei Gasmotoren ist, dass der Wobbeindex in diesem
Anwendungsbereich nicht relevant ist. Dieser hat seine wesentliche Anwendung bei
ungeregelten und fix eingestellten Brennern.
3.3. Klopfverhalten und Magergrenze
Im Bereich der stöchiometrischen Verbrennungsführung wird die Leistung durch
Klopfgrenzen beschränkt. Die maximal mögliche Leistung ist je nach dem
verwendeten Kraftstoff (Methanzahl) unterschiedlich. Bei sehr mageren Bedingungen
wird das Fenster für die möglichen Mitteldrücke zu höheren Werten verschoben. Es
stellt sich dann auch die Magergrenze ein, diese Grenze wird durch das nicht mehr
zündbare Brennstoff/Luftgemisch (zu großer Luftüberschuss) bestimmt. Die
Abbildung 5 zeigt diese Effekte.
12

Abbildung 5: Klopfgrenze und Magergrenze (Quelle: Wärtsilä)
13

4. Gemischbildung
4.1. Allgemeines
Wie gemäß Tabelle 8 auf Seite 12 leicht nachvollzogen werden kann, ist die korrekte
Einstellung des erforderlichen Kraftstoff/Luftverhältnisses bei den Gasmotoren
wesentlich schwieriger als bei den Motoren mit flüssigen Kraftstoffen
(Heizwertunterschied ca. 5%). Die verschiedenen Heizwerte stellen vor allem beim
"Zweigasbetrieb" hohe Anforderungen an die Gemischbildungseinheit. Den höchsten
Heizwert (Hu) der in Gasmotoren genutzten Brennstoffe hat Butan mit 34,3 kWh/Nm 3 ,
als niedrigstes Einzelgas wird Wasserstoff mit 2,99 kWh/ Nm 3 verwendet. Das sind
Heizwertunterschiede bei Einzelkomponenten von mehr als Faktor 11. Eine weitere
Verschärfung ist durch die Nutzung von Gasgemischen mit Inertgasen, wie CO2 und
N2 gegeben. Die "schwächsten" von Gasmotoren verwertbaren Gasgemische haben
bei ausreichendem H2–Anteil Heizwerte um 0,5 kWh/ Nm 3 , d.h. der Unterschied
"Schwach- zu Starkgas" kann bis zu 1:60 betragen. Diese großen Unterschiede
müssen noch mit den physikalischen Eigenschaften der Brennstoffe gepaart werden.
Bei stöchiometrischer Verbrennung wird der Mindestluftbedarf bei vollständiger
Verbrennung angegeben (Abbildung 6).
Abbildung 6: Luftbedarf zur stöchiometrischen Verbrennung verschiedener Gase
14
35
30
25
20
15
10
5
0
[m³ air/m³ gas]
2,37
4,77
9,35
24,2
32,2
H 2 landfill gas CH 4 C 3H 8 C 4H 10
(50% CH 4)

Die Unterschiede zum Heizwert ergeben sich aus den differierenden C- und H2–
Anteilen. Ein weiteres Kriterium der Brenngase ist durch die Zündgrenzen (Abbildung
7) gegeben. Die Zündgrenzen geben an, innerhalb welcher unter- bzw.
überstöchiometrischen Luftverhältnisse eine Zündung erfolgen kann. Wasserstoff hat
die weitesten Zündgrenzen. Methan hat einen relativ kleinen Zündbereich. Für die
Entflammungsbedingungen im Brennraum ist es daher wesentlich, die
Gemischbildungsvorgänge genau zu verstehen und damit entsprechende
Maßnahmen setzen zu können. Wird Wasserstoff als Brennstoff benutzt, sind die
Anforderungen an die gemischbildende Einheit vergleichsweise bescheiden.
Abbildung 7: Zündgrenzen verschiedener Gase
Bei Erdgas sind die Anforderungen an die Homogenität vor allem beim extremen
Magerbetrieb sehr hoch. Die gemischbildende Einheit kann bei den Gasmotoren vor
oder nach dem Verdichter der Aufladegruppe angeordnet sein. Die Anordnung auf
der Saugseite (Abbildung 8) hat den Vorteil, dass nur ein sehr kleiner Druck
anstehen muss, wie es z.B. bei Klär- oder Deponiegas (30-100 mbar) der Fall ist.
15
10
1
0,1
AF-ratio []
9,83
0,14
1,95
0,59
2,94
0,14
2,04
0,33
H 2 CH 4 CO C 3H 8

Abbildung 8: Gasmischer vor dem Verdichter (Saugseite)
Abbildung 9: Gasmischer nach dem Verdichter (Druckseite)
Ein weiterer Nutzen entsteht durch die Homogenisierung des Gemisches im
Verdichter, so dass bei V-Motoren jede Reihe ein exakt gleiches Lambda erhält. Wird
der Gasmischer auf der Druckseite (p2) angeordnet (Abbildung 9), ist ein
entsprechend höherer Gasvordruck notwendig, der fallweise über einen eigenen
Gasverdichter erzeugt werden muss, außerdem ist die Gefahr eines
durchschlagenden fetten Strömungsfadens immer gegeben und es ist dann
zweckmäßig, dem Gasmischer eine homogenisierende Einheit nachzuschalten.
4.2. Gasmischertypen
Bei Motoren mit geringen Emissionsanforderungen wird häufig der „variable
restriction“ Gasmischer (Impco) verwendet. Das Funktionsprinzip ist in Abbildung 10
dargestellt. Die Besonderheit dieses Typs ist das "gas metering valve", dessen
äußere Form einen massenstromabhängigen Lambdaverlauf relativ einfach erreichen
lässt. Wird eine andere Charakteristik gewünscht, so wird die Form des „gas
metering valves“ dem erforderlichen Lambdabedarf angepasst. Eine weitere
16

Eingriffsmöglichkeit ist durch die Festlegung der in der Vakuumkammer befindlichen
Feder gegeben. Dieser Gasmischertyp kann auf der Saugseite oder der Druckseite
eingesetzt werden. Als wesentlicher Vorteil dieses Typs ist die einfache Mechanik zu
nennen, da kein elektronisches Stellglied vorhanden ist. Der Nachteil ist jedoch eine
entsprechend der Geometrie fixierte Einstellung und damit ein bestimmtes Lambda
während des Einstellvorganges. Für Anforderungen, die nicht der TA-Luft
entsprechen, wie z.B. US-2g NOx/hph reicht dieses einfache Konzept aus. Mit
diesem Konzept ist kein Regeleingriff zur Kompensation variabler Heizwerte bzw.
sich verändernden Umgebungsbedingungen (Ansaugtemperatur und Luftdruck)
möglich.
Abbildung 10: variable restriction carburator (IMPCO)
Für moderne Gasmotoren mit hohen Mitteldrücken ist bei diesem Gasmischertyp der
Trade-Off von Massendurchsatz und Widerstand am ungünstigsten.
Ein weiteres, weit verbreitetes Gasmischkonzept, stellt der Venturimischer
(Abbildung 11) dar. Das notwendige Lambda wird dabei durch Anpassung des
Gasvordruckes an die Eintrittsquerschnitte eingestellt. Der Regelungseingriff erfolgt
über ein Drosselorgan (main adjustment screw) in der Gaszuführung. Von den
verschiedenen Herstellern werden die unterschiedlichsten Möglichkeiten der
Gaszuführung zum Düsenquerschnitt angeboten, am häufigsten erfolgt die
Gaszuführung über einen außen liegenden Verteilerring. Der Vorteil dieses
17

Mischertyps liegt in den relativ einfach zu optimierenden Druckverlusten, so dass
dieser Mischertyp auch für hohe Mitteldrücke eingesetzt werden kann.
Abbildung 11: Venturi Mischer
Das dritte verbreitete Grundkonzept ist der „Orifice“-Mischer, wo das Lambda über
das Flächenverhältnis Luft zu Gasquerschnitt eingestellt wird (Abbildung 12). Die
Grundidee ist bereits relativ alt (1925) und wurde von der Ruhrgas Mitte der 80er
Jahre aufgegriffen und auf den heutigen Stand gebracht (Markenname: HOMIX)
Abbildung 12: orifice carburetor (HOMIX)
Für Magermotoren hat dieses Konzept den Vorteil, dass mit relativ geringem
Aufwand das Flächenverhältnis Luft/Gas im Betrieb nachgestellt werden kann. Dieser
Gasmischertyp erfordert immer einen Druckregler (Nulldruckregler), der die
18

Druckverhältnisse in der Gaszuführung dem Druck im Saugrohr vor dem Verdichter
anpasst. Als neueste Entwicklung bei den Gasmischern ist das TecJet System zu
nennen. Die Funktionsweise ist in Abbildung 13 (TecJet – erste Generation) gezeigt.
Dieses Konzept hat den Vorteil, dass große Heizwertunterschiede und diverse
Regeleingriffe in sehr kurzer Zeit (100 ms) ausgeregelt werden können. Das Konzept
mit dem axial verschiebbaren Stellkolben wurde bei der Überarbeitung gegen eine
sehr fein verstellbare Drosselklappe ersetzt (Abbildung 14).
Abbildung 13: Gasregeleinrichtung „TecJet“
Abbildung 14: Neue Generation der Woodward TecJet Lösung
19

Bei großen Gasmotoren gibt es auch die Möglichkeit die Gemischbildung unmittelbar
vor dem Einlassventil (port injection) durchzuführen. Ab Zylinderhubräumen größer
als 10 l wird dieses Konzept mit der Kombination einer gespülten Vorkammer bei
mehreren Gasmotorherstellern eingesetzt (Abbildung 15). Das Einblaseventil kann
mechanisch über den Ventiltrieb betätigt (gas admission valve) oder elektrisch
gesteuert werden. Die Homogenität des Gas/Luftgemisches entspricht jedoch nicht
der für die optimale Verbrennung gewünschten Qualität.
20
exhaust valve
inlet valve
gas injection valve
Abbildung 15: Anordnung des Gaseinblaseventils vor dem Einlassventil
Die Abbildung 16 zeigt moderne Einblaseventile für das Saugrohr der Fa. Woodward.
Ein weiterer Anbieter dieser Technologie ist die Firma Heinzmann (Megasol), der
Einblasevorgang erfolgt durch die elektronische Ansteuerung eines Plattenventiles
während des Ansaugtaktes. Dieser Vorgang ist in Abbildung 17 im Fall einer
„Sogav“ Anwendung gezeigt.

Abbildung 16: Gaseinblaseventile (Woodward – Sogav 43)
Abbildung 17: Taktung Einblasevorgang
Mit Hilfe der Vorkammerzündung wird dieser Mangel teilweise ausgeglichen. Für
hohe Emissionsanforderungen erzwingt dieses Konzept eine Einzelzylinderregelung.
Toleranzen der betroffenen Bauteile (Durchflussbeiwerte, Geometrien usw.)
beeinflussen das Lambda und zur Gleichstellung ist ein vom Lambda abhängiges
Signal (z.B. Brennraumtemperatur, Ionenstrom oder anderes) erforderlich. Dieses
Konzept ist technisch zwar sehr elegant, jedoch kostenintensiv bzw. hat auch durch
die große Teileanzahl ein hohes Ausfallrisiko. Neben dem Nachteil der auftretenden
Inhomogenitäten benötigen alle auf der Druckseite gaszuführenden Verfahren einen
ausreichenden Versorgungsdruck von 3 bis 6 bar, der speziell bei Biogasanlagen
nicht vorhanden ist.
21

4.3. Gasdruckregel- und Sicherheitseinrichtungen
Um das in den Gasnetzen vorhandene Druckniveau an die bei dem Gasmotor
verwendete Gemischbildung anzupassen ist eine sogenannte Gasregelstrecke
erforderlich. Der grundsätzliche Aufbau, ist in Abbildung 18 gezeigt. Neben der
Funktion der Druckanpassung sind in die Gasregelstrecke auch die
vorgeschriebenen Sicherheitsfunktionen integriert.
Abbildung 18: Typische Gasregelstrecke für Gasmotoren
22

5. Verbrennungsverfahren
Wie in Abbildung 19 gezeigt, hat das Luftverhältnis auf die NOX–Entstehung einen
signifikanten Einfluss. Um den heutigen Anforderungen der TA-Luft zu entsprechen,
können verschiedene Wege eingeschlagen werden. Weiters sind in Abbildung 19 die
möglichen Konzeptgrenzen eingetragen. Der kleinste sinnvolle NOx–Wert bei der
Anwendung der Magerverbrennung liegt bei 250 mg NOx/Nm 3 . Werte darunter
können zwar kurzzeitig gefahren werden, sind jedoch in Serie derzeit nicht
darstellbar. Der "Schwellwert" von 250 mg NOx/Nm 3 gilt auch für Biogase, wobei in
diesem Fall auf eine hohe Konstanz des CH4 –Anteiles geachtet werden muss. Kann
der CH4–Wert aus prozesstechnischen Gründen nicht konstant gehalten werden
(z.B. bei Deponiegas ohne Zwischenpuffer), so liegt der mögliche Grenzwert bei
ca. 350 – 400 mg NOx/Nm 3 (z.B. Grenzwert der Schweiz). Werte unter
250 mg NOx/Nm 3 können praktisch nur mit dem Lambda=1-Konzept oder mit der
Anwendung der SCR-Technik (selektive katalytische Reduktion) eingehalten werden.
Abbildung 19: NOX-Verlauf über Lambda und Konzeptgrenzen der NOX-
Minderungsverfahren
Für mit Schadstoffen (Cl, F, Si, H2S u.a.) beladene Biogase bleibt nur die Möglichkeit
Magermotoren einzusetzen, da die genannten Elemente Katalysatorgifte darstellen
und den Katalysator kurzfristig außer Funktion setzen. Die Anforderungen an den
23

Gasmischer und die Meßsignale sind speziell bei stöchiometrischen
Verbrennungsverfahren sehr groß. Im Falle der Lambda=1-Technik ist es für den 3-
Wege Katalysator erforderlich, das Verbrennungsluftverhältnis im sogenannten
Lambda-Fenster von 0,980 – 0,991 konstant zu halten. Bei einer allfälligen
Kombination der Magertechnologie mit SCR ist bei gleichen Emissionen der
Regelungsbereich auch bei den sogenannten "open loop"-Steuerungen um etwa den
Faktor 15 günstiger. Für die Einhaltung des Lambdafensters ist unbedingt eine
"closed loop"-Regelung mit einem Lambda-Sensor im Abgastrakt erforderlich.
Neben dem konventionellen Lambda=1-Konzept ist auch eine Variante mit
Abgasrückführung und Aufladung möglich. Dieses Konzept hat mehrere Vorteile. So
wird einerseits durch die Abgasrückführung die Rohemission von NOX auf ungefähr
die Hälfte reduziert bzw. andererseits die Bauteilbelastung wesentlich abgesenkt, so
dass über die Aufladung die Mitteldrücke angehoben werden können.
Die Problemkreise der Lambda=1-Technik bestehen in den hohen Anforderungen an
den 3-Wege-Katalysator, an die Zünd- und Gemischregeleinrichtung sowie an die
Reife des Triebwerkes (Ölverbrauch). Der Katalysator muss die NOx-Emissionen zu
99% umsetzen, um die Limits einzuhalten. Wurde z.B. durch den Ölverbrauch und
den daraus entstehenden Ölaschen die Wirksamkeit des Katalysators reduziert oder
ist durch einen Wartungsmangel an den Zündkerzen (Zündspulen) eine thermische
Schädigung der Katalysatoroberfläche eingetreten, so tritt in Folge ein Vielfaches der
NOx-Emission der Magermotoren auf. Bei Lambda=1-Motoren sind daher die
Service- und Wartungskosten entsprechend höher anzusetzen.
Im Wesentlichen konnten sich die Magermotoren speziell wegen der spezifischen
Kosten und des besseren Wirkungsgrades weltweit gegenüber den Lambda=1
Motoren durchsetzen. Die Abbildung 20 zeigt dazu den Vergleich der verschiedenen
Wirkungsgrade.
24

Abbildung 20: Wirkungsgradvergleich der verschiedenen Verbrennungskonzepte
5.1. Zündungskonzepte
Bei den fremdgezündeten Gasottomotoren werden zwei grundsätzlich verschiedene
Zündungskonzepte unterschieden. Bei den schnelllaufenden Motoren (n=1500 min -1 )
bis ca. 170 mm Bohrungsdurchmesser wird, bis auf wenige Ausnahmen, die in
Abbildung 21 (links) dargestellte Direktzündung verwendet. Im Wesentlichen
entspricht dieses Konzept auch den bei PKW-Otto-Motoren eingesetzten
Zündungskonzepten. Bei kleinerer Drehzahl (n=800-1200 min -1 ) und fetterer
Verbrennung (auch Lamda=1) ist die Flammengeschwindigkeit im Brennraum groß
genug, um auch dieses Konzept bis zu einem Bohrungsdurchmesser von 250 mm
einzusetzen. Für Magermotoren mit Bohrungsdurchmesser von 200 mm und größer
sind zur Einhaltung der geforderten NOx-Werte der TA-Luft, sogenannte
Vorkammerzündungskonzepte notwendig. In Abbildung 21 (rechts) ist dieses
Konzept schematisch dargestellt. Es wird hier der Brennraum in zwei Kammern
unterteilt und zwar
25
a) Hauptbrennraum
b) Vorkammer

Die Aufteilung der Vorkammer ist im Gegensatz zu den PKW-Vorkammer-
Dieselmotoren stark asymmetrisch (Hauptbrennraum größer als 95% des
Gesamtbrennvolumens). Weiters wird das Konzept der gespülten von der
ungespülten Vorkammer unterschieden.
Abbildung 21: Verbrennungsverfahren Direktzündung/Vorkammerzündung
Die gespülte Vorkammer wird mit einer eigenen Gaszuführleitung, die im
Allgemeinen die Vorkammer über ein selbsttätiges Schnüffelventil anfettet, versorgt.
Um die Zündung des Gemisches in der Vorkammer sicherzustellen, sollte das
Lambda der Vorkammer im Lambda=1 nahen Bereich sein. Das Luftverhältnis des
Hauptbrennraumes muss im Vergleich zu dem direktgezündeten Konzept wesentlich
magerer sein, um gleiche NOX-Werte zu erreichen. Bei der ungespülten Vorkammer
wird die Zündkerze von einer Kammer umgeben, die mit relativ kleinen
Schusskanälen (Übertrittsbohrungen) mit dem Hauptbrennraum verbunden ist. Bei
gleichen NOX-Emissionen ist das Lambda etwa um 0,2 fetter als beim vorher
genannten Konzept.
Dieselzündstrahl /Diesel-Gasmotor
Neben den über Zündkerzen (fremd) gezündeten Motoren kann die Zündung auch
über einen Dieselkraftstoffstrahl eingeleitet werden. Dieses Konzept hat den Vorteil,
dass bei Ausfall des Gases der Motor auch als Dieselmotor (vor allem für
Notstromanwendungen wichtig) betrieben werden kann. Der Motor wird als
Dieselmotor gestartet, um dann in Folge dem Luftstrom Gas als primären
26

Energieträger zuzumischen. Die Zündstrahlmenge beträgt bei Volllast ca. 5% bis
10% (energetisch). Das Haupteinsatzgebiet dieses Motorentyps ist da, wo große
Gasmengen mit geringen Heizwerten und schwerer Entflammbarkeit vorhanden sind.
Als Beispiel sind hier Gase mit hohen Inertgasanteilen zu nennen. Diesel-
Gasmotoren können die NOX-Grenzwerte nur mit SCR erreichen, da minimal NOX-
Rohemissionen von 1500 bis 2000 mg NOX/Nm 3 erreicht werden können. Ein
weiterer Nachteil ist durch die dem Dieselmotor ähnlichen Partikelemissionen
gegeben. Der konventionelle Diesel-Gasmotor (Zündstrahlmotor) ist von den neuen
Konzepten mit Pilotzündstrahl (0,5 bis 1% Diesel) zu unterscheiden. Die Abbildung
22 zeigt hierzu das „AVL Glowplug“ Konzept wie es z.B. bei der Mitsubishi Mach 30
Serie eingesetzt wird.
Abbildung 22: AVL Glow Plug Mikropilot Konzept
Abbildung 23 zeigt das „HJ Schnell“-Konzept, bei dem mit elektronischer
Einspritztechnik der Zeitpunkt und die Zündstrahlmenge angepasst werden kann.
27

Abbildung 23: HJ Schnell Zündstrahl Motor
MAN B&W PGI
Ein neu auf dem Gasmotorenmarkt angebotenes Konzept (Abbildung 24) basiert auf
der Zündungseinleitung des Gas/Luftgemisches in der Vorkammer mit Hilfe eines
„Hotspots“. Als „Hotspot“ wird dabei ein Glühstift wie bei dem AVL Glow Plug
eingesetzt. An Stelle des Dieselkraftstoffes wir aber ein kleiner Teil (1 bis 3 %) des
primär im Hauptbrennraum verwendeten Gases verwendet. Kurz vor dem
gewünschten Zündbeginn wird über das Gaseinblaseventil in der Vorkammer der
kleine Teilstrom an Gas mit Drücken im Bereich von 230 bar eingeblasen. Durch die
Anfettung entzündet sich dann das Gas/Luftgemisch in der Vorkammer und der
Hauptbrennraum wird danach über die sich ausbildenden Fackeln entzündet.
Während des Startvorganges bzw. im Teillastbereich wird der Glühstift eingeschaltet,
wenn das System im Hochlastbereich arbeitet ist die Oberfläche des Glühstiftes
ausreichend heiß um auch den folgenden Arbeitstakt zu zünden. Der wesentliche
Vorteil des PGI Konzeptes ist, dass das für den Hochlastbereich kritische Element
der Zündkerze entfällt. Zusätzlich werden durch die konzeptionell bedingte sehr
magere Betriebsweise die NOX Emissionen sehr niedrig gehalten und Werte unter
250 mg/nm³@ 5% O2 sind gut darstellbar.
28

Abbildung 24: MAN B&W PGI
29

6. Ladungswechsel und Aufladung
Bei den Motoren wird grundsätzlich zwischen Saugmotoren (NA) und den
aufgeladenen Motoren (TC) unterschieden. Saugmotoren wurden in der Zwischenzeit
von den aufgeladenen Motoren nahezu vollständig verdrängt. Der Grund hierzu ist in
den niedrigeren spezifischen Kosten bzw. im höheren Wirkungsgrad der TC Motoren
begründet. In Abbildung 25 ist eine Gegenüberstellung betreffend des
Wirkungsgrades eines praktisch leistungsgleichen Saugmotors mit einem gering
aufgeladenen bzw. mit einem hoch aufgeladenen TC Motor gezeigt. Zwischen dem
Saugmotor und dem hoch aufgeladenen Gasmotor beträgt der Unterschied 3 %. Die
Hubräume der Motoren betragen 35,9 l, 24 l sowie 16 l.
0.4
0.35
0.3
0.25
efficiency
J 208 GS C 01 (displ. = 16l)
500 mg NOx/Nm³
lean engine (displ. = 20l)
500 mg NOx/Nm³
stoichiometric engine (displ. = 30l)
40 60 80 100
load [%]
Abbildung 25: Vergleich des Wirkungsgrades von verschiedenen Konzepten
Die Aufladung ermöglicht neben der größeren Leistungsdichte auch noch zusätzliche
Potenziale den Wirkungsgrad zu steigern. Bei kleinen Turboladern haben sich primär
die Radialturbine/Radialverdichter (automotive Standard) durchgesetzt. Bei größeren
Gasmotoren (

der Turbine soll bestmöglich mit dem Bedarf des Verdichters übereinstimmen. Um
gute Wirkungsgrade der Aufladegruppe zu erreichen ist weiter die Lage der
Schlucklinie in dem Bereich der Wirkungsgradoptima des Verdichterkennfeldes zu
legen.
Die Abbildung 26 zeigt als Beispiel ein Verdichterkennfeld mit eingezeichneter
Schlucklinie. Das Druckverhältnis (p2/p0) bzw. der Volumsstrom (v‘) sind die
wesentlichen Parameter. Gut zu sehen ist der Verlauf der Schlucklinie nahe dem
Zentrum im Bereich der höchsten Verdichterwirkungsgrade. Die linke Begrenzung
des Kennfeldes wird als Pumpgrenze (surging line) bezeichnet. Der Kennfeldbereich
links dieser Linie ist nicht „fahrbar“, da die Strömung am Laufrad abreißt und das in
der Branche bekannte Verdichterpumen auftritt.
31
5
4
3
2
comp. pressure ratio
746
850
533
[1/sec]1066
640
960
1 2 3
intake volume flow [m 3 /s]
Abbildung 26: Kennfeld eines Verdichters (ABB TPS 57)
Die Lage der Schlucklinie im Verdichterkennfeld hängt bei gleicher Motoreinstellung
auch von den Umgebungsbedingungen (Temperatur und Druck) ab und kann sich
dadurch auch verschieben. Im reellen Betrieb können daher Unterschiede zur
theoretischen Auslegung auftreten, die sich dann auch im Wirkungsgrad des Motors
erkennen lassen. Kritisch kann eine zu kalte Ansaugluft werden (hohe Masse), die
Lage der Schlucklinie verschiebt sich dann in Richtung der Pumpgrenze. Bei
größeren Seehöhen bzw. geringen Luftdichten verschiebt sich die Schlucklinie nach
oben und das „Laufzeug“ des Turboladers kann in den Bereich der Überdrehzahl

gelangen. Dabei ist Vorsicht geboten, da sich die Verdichterschaufeln durch
Überlastung „auflösen“ können.
Für den Versuchsingenieur kann eine Turboladerauslegung betreffend der Qualität in
einem Volllastpunkt mit einem Blick beurteilt werden. Es ist dabei das so genannte
Spülluftgefälle die Kenngröße die entsprechend aussagefähig ist. In Abbildung 27 ist
der Vergleich eines typischen Automotiveturboladers mit einem „high-tech“
Turbolader (ABB RR Serie) gezeigt. Der qualitativ hochwertige Turbolader bringt in
weiten Bereichen ein positives Spülluftgefälle, d.h. der Ladedruck ist immer größer
als der Gegendruck vor der Turbine. Im gezeigten Anwendungsfall hat der
„automotive“ Turbolader einen Wirkungsgradnachteil von ca. 3 % Punkten zur Folge
(Volllastpunkt).
Abbildung 27: Spülluftgefälle verschiedener Turbolader
Bei Gasmotoren ist im Vergleich zu Dieselmotoren die Ventilüberschneidung relativ
klein. Diese ist erforderlich um das Durchspülen vom Frischgasgemisch zu
vermeiden und den Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen möglichst zu
minimieren. Bei Gasmotoren mit zentraler Gemischbildung (vor dem Turbolader) wird
die Ventilüberschneidung auf unter 20 °KW ausgelegt, bei Motoren mit „port
injection“ kann die Ventilüberschneidung durch ein spätes Starten des
Einblasevorganges auch größer sein.
32

Steuerzeiten nach „Miller“
Bei modernen Gasmotoren wird der Ladungswechsel nicht nach der maximal
möglichen Zylinderfüllung optimiert, sondern auch auf die Bedingungen des
Kraftstoffes (Klopfneigung) Rücksicht genommen. Das wird erreicht indem das
Einlassventil deutlich vor (EIC – early inlet valve closing) oder weit nach dem unteren
Totpunkt (LIC – late inlet valve closing) geschlossen wird. Damit kommt es zum
Effekt der inneren Ladungskühlung und bei der Einleitung der Zündung ist das
Temperaturniveau im Brennraum geringer und die Klopfneigung nimmt ab (Abbildung
28). Durch diesen Lösungsansatz können thermodynamisch günstigere (höhere)
Verdichtungsverhältnisse dargestellt werden.
Abbildung 28: Steuerzeiten nach „Miller/Atkinson“
33

7. Zündung
7.1. Stand der Technik
Im Allgemeinen erfolgt die Zündung des Gas/Luftgemisches wie bei den PKW
Ottomotoren mit Hilfe einer Zündkerze. Bis Anfang der Neunzigerjahre wurde ein
mechanischer, von der Nockenwelle getriebener Zündgenerator verwendet (z.B.
Altronic). Mit dieser Technologie sind erforderliche Eingriffe in die Anpassung des
Zündzeitpunktes (wegen klopfender Verbrennung) praktisch nicht möglich. Neue
Gasmotoren haben nahezu zu 100% eine elektronische Zündung
(Kondensatorzündung). Es wird dabei ein Kondensator aufgeladen und zum
gewünschten Zeitpunkt mit Hilfe eines Thyristors entladen. Der Entladungsvorgang
erfolgt über die Primärwicklung (wenig Windungen) der Zündspule mit niedriger
Spannung, jedoch hohem Strom. An der Sekundärseite der Spule (hohe
Windungszahl) wird eine hohe Spannung bei niedrigem Strom induziert, die dann in
Folge zum Zündfunken an der Zündkerze führt. Wichtig ist die Unterscheidung der
zur Funkenbildung erforderlichen Spannung (Zündspannungsbedarf) bzw. der
maximal möglichen Zündspannung (Zündspannungsangebot). Prinzipiell soll die
Zündspannung zur Minderung des Verschleißes der Elektroden so niedrig wie
erforderlich eingestellt werden. Die Höhe der Zündspannung ergibt sich primär aus
dem Spaltmaß von Mittel- und Massenelektrode bzw. der während des Funkens
vorherrschenden Dichte im Brennraum. Abbildung 29 zeigt dazu die
Zusammenhänge des Zündspannungsbedarfes über dem Mitteldruck bei TA-Luft
Anforderungen (500 mgNOx/Nm³). Zusätzlich ist der Verlauf bei ½ TA-Luft (höhere
Ladungsdichte – magere Verbrennung) in Abbildung 29 eingezeichnet.
34

35
30
25
20
15
10
5
spark voltage [kV]
250 mg NO x/Nm 3
500 mg NO x/Nm 3
0 1 2 3
BMEP [MPa]
Abbildung 29: Abhängigkeit des Zündspannungsbedarfes von dem Mitteldruck bzw.
vom NOX Niveau
Um die für Stationärmotoren erforderliche Lebensdauer der hoch belasteten
Zündkerzen zu erreichen, werden von einigen Zündkerzenherstellern mit
Edelmetallen armierte Elektroden angeboten. Als im Markt gängige Typen sind z.B.
die Champion RB 77 WPC bzw. Denso 3-1 bekannt. Einige Motorhersteller wie z.B.
GE Jenbacher setzen auf Eigenentwicklungen. Als typische Edelmetalle an den
Elektroden werden Pt, Ir und Rh verwendet. Die Abbildung 30 zeigt so genannte
Schirmkerzen (links) bzw. auch Standard G Type Zündkerzen (rechts).
Abbildung 30: Fotos Zündkerzen (links - Schirmkerzen für hoch turbulente
Verbrennungsführung/rechts - Standardtypen)

Multitorch
Ein im Gasmotorenmarkt zunehmend erfolgreiches Konzept bietet die Fa. Multitorch
(Sinnheim) an. Es handelt sich hier um eine Zündkerze mit Vorkammer [7]
(Abbildung 31, Abbildung 32), wobei die Mittelelektrode [6] aus Edelmetall und relativ
dünn mit der Ausnutzung des Spitzeneffektes ausgebildet ist. Dadurch wird die
Zündspannung abgesenkt und die Lebensdauer der Zündkerze verbessert. Durch die
sich im Hauptbrennraum ausbildenden Fackeln [8] können relativ magere Gemische
sicher und schnell entzündet werden. Für die Wirkungsgradverbesserung ist die
Multitorch-Zündkerze eine effektive Maßnahme, da sonst betreffend der
Verbrennungsausauslegung (z.B. größere Ladungsbewegung) keine weiteren
Maßnahmen getroffen werden müssen. Als Einschränkung eines Einsatzes ist aber
der Einbauwinkel (max. Abweichung von der Senkrechten von 10°) zu
berücksichtigen, da sonst eine der Fackeln auf ein Segments des Muldenrandes
brennt und dort Überhitzungen mit folgender Selbstentzündung (pre- oder
autoignition) entsteht. Die Folge ist dann ein Totalausfall der Zylindereinheit bzw. des
ganzen Motors.
Abbildung 31: Multitorch Schnitt
Abbildung 32: Multitorch Detail
36

7.2. Potenziale und Zukunftsprojekte bei der Zündung
7.2.1. Laserzündung
Die Erzeugung des Zündplasmas über einen fokussierten Laserstrahl ist eine
Möglichkeit die das Hauptproblem des Anstieges des Zündspannungsbedarfes
entfallen lässt. In Abbildung 33 ist der Verlauf der minimal erforderlichen Zündenergie
gezeigt. Für Gasmotoren bedeutet diese Charakteristik, dass höhere Drücke im
Brennraum zu einem kleineren Energiebedarf führen. Damit können
thermodynamisch günstigere Verdichtungsverhältnisse auch bei hohen Mitteldrücken
gewählt werden. Durch moderne Lasersysteme auf Basis von Diodenlasern kann
auch eine kostenoptimale Darstellung erwartet werden. Veröffentlichte Konzeptbilder
der AVL bzw. von GE Jenbacher sind in Abbildung 34 gezeigt.
Abbildung 33: Zündenergiebedarf bei der Laserzündung
37

Abbildung 34: Technologieansätze zur Darstellung der Laserzündung
Grundsätzlich wird bei der Laserzündung der „Funke“ durch eine Fokussierung des
gepulsten Laserstrahles erzeugt. Die Leistungen im Zentrum des Plasmablitzes sind
dabei im 2-stelligen MW Bereich. Abbildung 35 zeigt hierzu den gemessenen Verlauf
über dem Querschnitt. Im Fall der Messungen von GE Jenbacher betragen die
Leistungen zwischen 16 und 20 MW. Die zeitliche Dauer sollte deutlich weniger als 5
nS betragen, um kostengünstig dargestellt zu werden.
Abbildung 35: Leistungsverlauf im Fokus des Laserpulses
38

Einer der wesentlichen Vorteile der Laserzündung ist eine sehr magere
Betriebsweise des Gasmotors. Im Fall von direkter Entzündung des Gasgemisches
(kleinere Zylinderbohrungen – unter 160 mm) kann das Lambda um ca. 0,3 Einheiten
(bei Betrieb mit Erdgas) zur mageren Betriebsweise verschoben werden. Für die NOX
Emissionen bedeutet das eine Absenkung von minimal 80 ppm auf weniger als 30
ppm. Bei der Ausnützung der minimal möglichen NOX Emissionen müssen aber
Maßnahmen getroffen werden die Verbrennung zu beschleunigen. Wird keine
Maßnahme (Turbulenzgraderhöhung) durchgeführt gibt es wegen der sehr
langsamen Verbrennung Wirkungsgradeinbußen. Durch die sehr magere
Betriebsweise wird auch die Klopfgrenze später erreicht, d.h. mit der Laserzündung
sind auch sehr hohe Mitteldrücke (über 28 bar) darstellbar. Diese Ergebnisse wurden
auch im parallel zu den GE Jenbacher Forschungen durchgeführten Untersuchungen
des US-ALIS Programmes bestätigt (Abbildung 36).
Abbildung 36: Erweiterung der Zündgrenzen bei Laserzündung (US ALIS Programm)
7.3. Coronazündung
Eine neue (alte) Möglichkeit eröffnet sich bei dem heutigen
Technologiemöglichkeiten durch die kalte Coronazündung. Im für Gasmotoren
unteren Mitteldruckbereich kann etwa das gleiche Lambda wie bei der Laserzündung
gefahren werden. D.h. minimale NOX Emissionen im Bereich von 20 ppm sind gut
darstellbar. Das Problem dieses Konzeptes ist aber bei hohen Mitteldrücken (hohe
Dichte im Brennraum) ein „elektrisches“. Mit zunehmender Dichte bildet sich die
39

Corona erst bei hohen Spannungen aus (über 75 kV). Zusätzlich ist der energetische
Aufwand mit etwa dem 10 bis 30 fachen gegenüber konventionellen CDI (capacitor
discharge ignition) beachtlich. Eine CDI oder eventuell eine HF
Hochleistungszündung benötigt einen energetischen Einsatz von 160 bis 500 mJ.
Optisch betrachtet ist der Effekt der Coronazündung allenfalls sehenswert – siehe
Abbildung 37.
Abbildung 37: Sich ausbildende Corona im Fall ECCOS
40

8. Emissionen und Regelungskonzepte
8.1. Emissionen:
In Europa orientieren sich die Emissionslimits im Wesentlichen an der deutschen TA-
Luft. Die Emissionslimits regulieren neben den NOX, CO und den NMHC (nicht
Methan-Kohlenwasserstoffe), auch die Partikelemissionen und die C-Verbindungen,
geordnet nach C1, C2, C3, .... sowie auch z.B. Dioxine und Furane. Als Besonderheit
ist zu erwähnen, dass die Grenzwerte nicht wie bei den Motorherstellern üblich auf
die spezifische Arbeit des Motors bezogen werden (z.B. gNOX/kWh) sondern auf den
Volumendurchsatz in g/Nm³ bei einem definierten O2 Gehalt von 5% im Abgas.
Dieses Regulativ kommt von den Emissionen der Feuerungsanlagen und der
Wirkungsgrad bei der Stromproduktion geht nicht ein. Es gibt jedoch einzelne Länder
wie z.B. Dänemark, die den Wirkungsgrad in ihre Limits eingebaut haben.
Derzeit gelten folgende, für Motoren wichtige Limits (nicht vollständig):
Emissionskomponente Limit
NOx 500 mg/Nm³
CO 650 mg/Nm³
NMHC 150 mg/Nm³
Partikel 20 mg/Nm³
Formaldehyd 60 mg/Nm³
Dioxine 10 ng/Nm³
Tabelle 9: Grenzwerte TA-Luft
Im Vergleich zu den Dieselmotoren haben die Gasmotoren speziell bei den NOX-
Emissionen durch die mögliche magere Verbrennung entsprechende Vorteile.
Während bei den spezifischen NOX-Emissionen des Dieselmotors nach EURO 3 mit
5g/kWh bereits sehr viele Detailoptimierungen durchgeführt werden müssen, hat der
Gasmotor im Erdgasbetrieb mit 0,7g/kWh je nach Verbrennungskonzept größeres
Potential. Speziell bei Kraftstoffen mit höheren Anteilen an H2 ist die Abmagerbarkeit
auf 0,1 mgNOX/Nm³ möglich. Gleiche Werte sind ebenso mit Lambda = 1 Motoren
kurzfristig darstellbar, wobei bereits im Kapitel 3 auf die Probleme dieses Konzeptes
eingegangen wurde.
41

8.2. Regelungskonzepte:
8.2.1. Lambda=1:
Wie bei den Fahrzeugottomotoren ist es auch bei den Gasmotoren möglich, das
Gas/Luftgemisch stöchiometrisch einzustellen. Die Regelung erfolgt in gleicher
Weise mit Hilfe einer Lambda-Sonde im Abgasstrom. Um dem 3-Wege-Katalysator
die Möglichkeit der Reduktion der NOX-Emissionen zu geben, muss die Verbrennung
leicht unterstöchiometrisch bei ca. 0,997 erfolgen. Der einzustellende Arbeitsbereich
des Kraftstoff/Luftverhältnisses wird als Lambdafenster bezeichnet. Die Grenzen des
„Fensters“ werden durch den Anstieg der CO bzw. der NOX-Emissionen vorgegeben.
Im Laufe der Betriebsdauer wird dieser Regelbereich durch Alterungserscheinungen
des Katalysators immer kleiner. Aus thermischen Gründen werden die Lambda=1-
Motoren meist als Saugmotoren ausgeführt (pe = ca. 8 bar), als spezielle Bauart ist
die Version mit Abgasrückführung und Aufladung zu nennen. Mit der
Abgasrückführung werden die Bauteiltemperaturen und die Rohemissionen an NOX
gesenkt.
8.2.2. Magermotor Regelung mit Magersonde
In ähnlicher Weise wie bei den Lambda=1-Motoren ist eine Verwendung eines
speziellen Typs einer Lambdasonde, die bei einem Wert von oberhalb 1,6 ein
auswertbares Signal liefert, möglich. Für Stationärmotoren, die Betriebsdauern von
8.000 Bh per anno haben, ist dieses Konzept relativ kostspielig, da die Lebensdauer
der Sonde beschränkt ist und speziell bei Biogasanwendungen diverse Schadstoffe
(Cl, Si u.a.) die Funktion der Lambdasonde in kurzer Zeit negativ beeinflussen.
8.2.3. Brennraumtemperaturerfassung (TEM)
Von der Firma MWM wird ein Konzept eingesetzt, mit dem auf Basis einer Messung
einer repräsentativen Temperatur Brennraumvolumenelementes (siehe Abbildung
38) auf das Lambda rückgeschlossen werden kann. Es handelt sich dabei
keineswegs um die tatsächlich in dem Volumenelement vorherrschende Temperatur
sondern um einen sich aus dem Arbeitsspiel ergebenden Mittelwert. Es wird der sich
(z.B. bei Volllast) der ergebende Mittelwert der einzelnen Zylinder einer gemessenen
NOX-Emission zugeordnet und im Magermotorregler (TEM) abgespeichert. Bei
gleichen gemessenen Mitteltemperaturen wird davon ausgegangen, dass die
gleichen NOX-Emissionen von dem Motor emittiert werden. Als nachteilig ist eine
42

über der Laufzeit ansteigende NOX-Emission zu nennen, da die Temperaturmessung
durch Ablagerungen an Ölaschen oder mit dem Kraftstoff mitgeführten Elementen
(z.B. Si) beeinträchtigt wird. Dieser Effekt beruht auf der Isolationswirkung des
Belages am Temperaturmesselement, da eine niedrigere Brennraumtemperatur
vorgetäuscht wird und der Regler auf diesen Vorgang durch das Anfetten des
Gemisches reagiert. Als vorteilhaft ist zu nennen, dass bei sehr klopfnahem Betrieb
(guter Wärmeübergang zur Brennraumsonde) der Motorregler von sich aus in
Richtung mager verstellt und den Motor damit automatisch schont.
Abbildung 38: Temperaturmessung beim TEM-Konzept (Deutz)
8.2.4. Leanox
Das von der Fa. GE Jenbacher verwendete und patentierte Konzept beruht auf den
physikalischen Größen Druck und Temperatur nach der Drosselklappe. Die beiden
Größen entsprechen bei einer vorgegebenen Motoreinstellung einer energetischen
Energiezufuhr zum Motor. Über die mit Hilfe eines NOX-Messgerätes
einzumessenden „LEANOX Gerade“ wird diese Energiezufuhr mit der gewonnenen
Leistung des Motors korreliert. Es ergibt sich dann ein eindeutiger physikalischer
Zusammenhang zwischen dem Lambda und der NOX-Emission. Der Vorteil dieses
Konzeptes ist die Unempfindlichkeit gegenüber Ablagerungen und diversen
Veränderungen über der Laufzeit des Motors. Sinkt z.B. der Heizwert des Gases ab,
43

so bemerkt der Regler ein „Abmagern – Abweichung von der LEANOX Geraden“ und
es wird das Signal "Anfetten" ausgegeben.
8.2.5. Ionenstromsensor
Die zeitlich aufgelöste Erfassung zwischen dem Durchbruch des Funkens und dem
Signal des Ionenstroms an einer in einem bestimmten Abstand befindlichen
Ionenstromsonde kann ebenfalls als NOX relevantes Signal ausgewertet werden. Das
Grundprinzip beruht auf der Erfassung der Geschwindigkeit der Flammenfront von
der Zündkerze zu einer in büchsenbundnähe angeordneten Ionenstromsonde. Die
Geschwindigkeit der Flamme wird bei der „Einmessung“ einer NOX-Emission
zugeordnet. Bei sehr magerer Verbrennungsführung ist das von der
Ionenstromsonde relativ unscharf, sodass die NOX-Regelung an Präzision verliert.
Bei dem Stand der Technik kann dieses Konzept bis zu ca. einem Lambda von 1,4
eingesetzt werden (dies reicht aber zur Eihaltung der TA-Luft nicht aus).
8.2.6. Zylinderdruckmessung
Eine sehr elegante Möglichkeit ist durch die zylinderselektive Druckmessung und der
danach durchzuführende thermodynamische Auswertung gegeben. Dieser Weg hat
den Vorteil, dass alle relevanten Kenngrößen (pi, Zündzeitpunkt,
Zylinderdruckmaxima, Brenndauer u.a.) sowie auch Klopferscheinungen für die
Regelung und Überwachung verwendet werden können. Bei großen
Schiffsdieselmotoren wird dieses (derzeit noch sehr kostspielige) Konzept bereits
eingesetzt, neue Sensoren und moderne Rechner lassen die Umsetzung dieser
Technologie auch im Gasmotorenbereich möglich erscheinen.
44

9. Abgasnachbehandlung
Wie bekannt verursacht die Verbrennung (Oxidation) neben Energie auch
Abfallprodukte. Unter diesen finden sich neben unschädlichen (inerten) Produkten
auch schädliche bzw. sogar toxische.
Dass die Verbrennung kein einfacher Vorgang ist, zeigt die Abbildung 39. Dieses
Schema ist jedoch stark vereinfacht, denn es sind laut heutigen wissenschaftlichen
Erkenntnissen mehr als 100 Teilreaktionen bekannt.
Abbildung 39: Mögliche Reaktionspfade der Methanverbrennung (stark vereinfacht)
(Quelle: J. Warnatz (Ber. Bundsenges. Phys. Chem. 87, 1008 (1983))
9.1. 3-Wege Katalysator
Die Technologie des 3-Wegekatalysators wurde bereits im Kapitel 5 (Seite 23)
erklärt. Es werden über Oxidation und Reduktion schädliche Komponenten aus dem
Abgas entfernt.
2 CO + O2 2 CO2
2 C2H6 + 7 O2 4 CO2 + 6 H2O
2 NO + 2 CO N2 + 2 CO2
Die Bedeutung dieser Technik geht für die Gasmotoren aus Gründen der
Wirtschaftlichkeit stark zurück.
45

9.2. Oxidationskatalysator
Gemäß den Limits der TA-Luft müssen die CO Emissionen der Gasmotoren auf unter
650 mg/Nm³ gebracht werden. Die Rohemission von wirkungsgradoptimierten
Gasmotoren liegt gemäß dem Stand der Technik bei ca. 800 bis 1100 mg CO. Primär
wird das CO durch nicht vollständige Reaktionen bei der Verbrennung verursacht. Im
Fall des Formaldehyds liegt ein Zwischenprodukt bei der Oxidation des Methans vor.
Beide Emissionskomponenten sowie auch höhere Kohlenwasserstoffe können bei
ausreichender Dimensionierung (Raumgeschwindigkeit und Edelmetallgehalt) des
Oxidationskatalysators stark reduziert werden.
9.3. SCR Technologie
Die Technologie der selektiven NOX Reduktion (Abbildung 40) kommt aus dem
Kraftwerksbereich und diese hält zunehmend auch bei den kleineren Einheiten
(Gasmotorenanlagen im MW Bereich) bzw. auch bei den Nutzfahrzeugen (adblue
(VDA)) Einzug. Aus Gründen der Toxizität des Ammoniaks bzw. der leichten
Brennbarkeit wird bei den kleineren Einheiten praktisch durchgehend Harnstoff in
wässriger Lösung als Reduktand eingesetzt. Bei der thermischen Pyrolyse im
Abgasstrom entstehen dann wieder das NH3 bzw. auch andere Reagenzien.
46
06. August 2007
SCR (selective NO X Reduction)
exhaust clean gas
(NH 2) 2 CO+H 2O
urea injection
SCR-/DENOX
catalyst
Abbildung 40: Schema SCR Katalysator
oxy - catalyst
Es gibt bei dem Einsatz der SCR Technologie zwei verschiedene
Regel/Steuerkonzepte, diese sind:
a. Open Loop (ohne aktive NOX Messung) mit der Eindüsung von
Reduktionsmittelmengen, die gemäß den Erfordernissen aus einem Kennfeld

47
rückgerechnet wurden. Mit diesem Konzept sind 1/5 des TA-Luft Grenzwertes
an NOX erreichbar.
b. Closed Loop Konzept mit „on line“ NOX Messung und exakter Nachjustierung
der für minimale NOX Emissionen erforderlichen Mengen. Diese Technik wird
z.B. bei Glashausanwendungen eingesetzt. Minimale NOX Werte von 5 ppm
sind hier möglich.
9.4. Thermische Nachoxidation
Im Fall von Gasen (z.B. Deponiegas) die Katalysatorgifte enthalten ist die
Verwendung von Oxidationskatalysatoren nicht möglich, da diese die Wirkung in
kurzer Zeit außer Kraft setzen. Für diese Anwendungen ist bei optimierten
Gasmotoren eine thermische Nachoxidation zur Reduktion der teil- bzw.
unverbrannten Komponenten erforderlich. Da sich je nach Verbrennungskonzept
ausreichend O2 im Abgasstrom befindet, muss das Abgas auf die erforderliche
Oxidationstemperatur (> 760°C) gebracht werden. Um den energetischen Aufwand
zu reduzieren sind rekuperative oder regenerative Wärmetauscher einsetzbar. Bei
den Deponiegasanwendungen hat sich derzeit das System CL.AIR von Jenbacher
durchgesetzt (Abbildung 41).
Abbildung 41: Schema Cl.Air System (GE Jenbacher)

10. Motorbauteile
10.1. Kolbentypen
Bei der Motorbaugruppe gibt es drei verschiedene ausgeführte Kolbenkonzepte die
abhängig vom Hubraum pro Zylinder eine bestimmte spezifische Leistung
ermöglichen. Abbildung 42 zeigt den Stand der Technik (Kolbenschmidt). Auch bei
den von Mahle gelieferten Kolben sind die gleichen spezifischen Belastungen
erlaubt. Die Erfahrung lehrt (z.B. GE Jenbacher/MWM) dass für lange Lebensdauern
ab ca. 16 kW/l ein Kühlkanalkolben eingesetzt werden sollte. Das ist im speziellen
bei hohen Verdichtungsverhältnissen zur Erreichung von guten Wirkungsgraden bzw.
schneller Verbrennung wichtig. Außerdem ist auf die Pressungen in der
Kolbenbolzennabe zu achten. Bei alten Kolbendesigns ist der Kolbenbolzen meist zu
schwach (zu kleiner Durchmesser), hier hilft eine in den Kolben eingesetzte
Bronzebüchse. Die Kolbenausführung in Abbildung 43 (Kühlkanalkolben) zeigt eine
Verstärkung durch die erwähnte Büchse. Bei richtiger Dimensionierung beugt diese
Büchse dann Spaltbrüchen vor.
Abbildung 42: Anwendungsgrenzen von Kolbenbauarten (Quelle: Kolbenschmidt)
48

Der Kühlkanalkolben hat zusätzlich den Vorteil, dass die Nut des Toprings (bevorzugt
Doppeltrapezring) (Abbildung 43) gut gekühlt wird und somit ein langfristiger Lauf bei
hohen Lasten ohne einer Verkokung sichergestellt werden kann. Dem gegenüber
steht der konventionelle Vollschaftkolben wie in Abbildung 44 abgebildet.
Abbildung 43: Vollschaftkolben mit Kühlkanal, Ringträger, Bronze Büchse und
Jet/Ölkühlung (Quelle: Mahle)
Abbildung 44: Konventioneller Vollschaftkolben (Quelle: KS)
49

Bei sehr hohen Motorlasten und optimierten Reibungsverhalten werden Stahlkolben
eingesetzt. Die Abbildung 45 zeigt einen Monothermkolben dieser Bauart.
Abbildung 45: Monothermkolben aus Stahl (Mahle)
10.2. Brennraumgeometrie
Die Brennraumgeometrie ist entscheidend für einen guten Wirkungsgrad,
konventionelle Konzepte haben nur eine einfache Topfmulde. Die Abbildung 46 zeigt
hier die Brennraummulde der MAN 08 Baureihe als Beispiel. Durch eine tiefere und
im Durchmesser kleinere Mulde kann der Squish vergrößert werden und damit das
Turbulenzniveau angehoben werden. Das ist eine Voraussetzung für gute
Wirkungsgrade. Es gibt unzählige geometrische Möglichkeiten dieses Ziel zu
erreichen, jedoch ist darauf zu achten, dass die Strömungsgeschwindigkeit im
Bereich der Zündkerze gewisse Werte nicht überschreitet, da es ansonsten zum
"Ausblasen" des Funkens kommt. Bei GE Jenbacher wird dieser Lösungsansatz
durch den „Herzbrennraum“ umgesetzt (Abbildung 47).
50

Abbildung 46: Topfmulde MAN Baureihe 08
Abbildung 47: "Herzmulde" GEJ Baureihe 2&3, hochturbulent
Die Abbildung 48 zeigt den Vergleich der Brennraumgeometrien der 2G Agenitor
Baureihe 306 (links) mit der Originalausführung der MAN Baureihe 2876 (rechts),
auch hier wurde bereits der Turbulenzgrad durch kreuzförmige Einfräsung
angehoben und der Wirkungsgrad gegenüber der alten MAN Version verbessert, der
Squishanteil ist aber noch nicht ausreichend um das Wirkungsgradniveau der GE
Jenbacher Motoren zu erreichen. Im Fall der 2G Agenitor Baureihe werden inklusive
der Wirkung des höheren Verdichtungsverhältnisses mehr als 2 % bessere
Wirkungsgrade gegenüber den MAN Basismotoren erreicht.
51

Abbildung 48: Brennraumgeometrie (links Agenitor 206/rechts MAN 2876 standard)
10.3. Klopfsensor
Bei hohen Motorlasten und wirkungsgradoptimalem Betrieb eines Gasmotors ist in
jedem Fall eine Überwachung durch eine Klopfauswertung zu empfehlen. Die
Abbildung 49 zeigt einen häufig eingesetzten Sensor (Bosch).
Abbildung 49: Klopfsensor der Fa. Bosch
52

11. Literaturnachweis
1. Diesel and Gasturbine Catalog . 2007.
2. wikipedia alkane. [Online] 13. 07 2011. [Zitat vom: 13. 07 2011.]
http://de.wikipedia.org/wiki/Alkane.
3. Wikipedia Alkene. [Online] 2011. [Zitat vom: 13. 07 2011.]
http://de.wikipedia.org/wiki/Alkene.
4. Wikipedia Cycloalkane. [Online] 2011. [Zitat vom: 13. 07 2011.]
http://de.wikipedia.org/wiki/Cycloalkane.
5. Wikipedia Aromaten. [Online] 2011. [Zitat vom: 13. 07 2011.]
http://de.wikipedia.org/wiki/Aromaten.
6. Wikipedia Alkohole. [Online] 2011. [Zitat vom: 13. 07 2011.]
http://de.wikipedia.org/wiki/Alkohole.
7. Mollenhauer, Klaus. Handbuch Dieselmotoren. Berlin : Springer, 2007.
9783540721642.
53

12. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Wirkungsgrade verschiedener Konzepte in Abhängigkeit der
installierten Leistung(1)............................................................................................... 4
Abbildung 2: Aufbau eines Dreiecksdiagrammes ....................................................... 9
Abbildung 3: Dreiecksdiagramm von Methan, CO2 und N2 ....................................... 10
Abbildung 4: Einfluss des Lambdas auf die laminare Flammengeschwindigkeit
verschiedener Gase ................................................................................................. 11
Abbildung 5: Klopfgrenze und Magergrenze (Quelle: Wärtsilä) ................................ 13
Abbildung 6: Luftbedarf zur stöchiometrischen Verbrennung verschiedener Gase .. 14
Abbildung 7: Zündgrenzen verschiedener Gase ....................................................... 15
Abbildung 8: Gasmischer vor dem Verdichter (Saugseite) ....................................... 16
Abbildung 9: Gasmischer nach dem Verdichter (Druckseite) ................................... 16
Abbildung 10: variable restriction carburator (IMPCO) ............................................. 17
Abbildung 11: Venturi Mischer .................................................................................. 18
Abbildung 12: orifice carburetor (HOMIX) ................................................................. 18
Abbildung 13: Gasregeleinrichtung „TecJet“ ............................................................. 19
Abbildung 14: Neue Generation der Woodward TecJet Lösung ............................... 19
Abbildung 15: Anordnung des Gaseinblaseventils vor dem Einlassventil ................. 20
Abbildung 16: Gaseinblaseventile (Woodward – Sogav 43) ..................................... 21
Abbildung 17: Taktung Einblasevorgang .................................................................. 21
Abbildung 18: Typische Gasregelstrecke für Gasmotoren........................................ 22
Abbildung 19: NOX-Verlauf über Lambda und Konzeptgrenzen der NOX-
Minderungsverfahren ................................................................................................ 23
Abbildung 20: Wirkungsgradvergleich der verschiedenen Verbrennungskonzepte .. 25
Abbildung 21: Verbrennungsverfahren Direktzündung/Vorkammerzündung ............ 26
Abbildung 22: AVL Glow Plug Mikropilot Konzept .................................................... 27
Abbildung 23: HJ Schnell Zündstrahl Motor .............................................................. 28
Abbildung 24: MAN B&W PGI .................................................................................. 29
Abbildung 25: Vergleich des Wirkungsgrades von verschiedenen Konzepten ......... 30
Abbildung 26: Kennfeld eines Verdichters (ABB TPS 57) ........................................ 31
Abbildung 27: Spülluftgefälle verschiedener Turbolader .......................................... 32
Abbildung 28: Steuerzeiten nach „Miller/Atkinson“ ................................................... 33
54

Abbildung 29: Abhängigkeit des Zündspannungsbedarfes von dem Mitteldruck bzw.
vom NOX Niveau ....................................................................................................... 35
Abbildung 30: Fotos Zündkerzen (links - Schirmkerzen für hoch turbulente
Verbrennungsführung/rechts - Standardtypen) ......................................................... 35
Abbildung 31: Multitorch Schnitt ............................................................................... 36
Abbildung 32: Multitorch Detail ................................................................................. 36
Abbildung 33: Zündenergiebedarf bei der Laserzündung ......................................... 37
Abbildung 34: Technologieansätze zur Darstellung der Laserzündung .................... 38
Abbildung 35: Leistungsverlauf im Fokus des Laserpulses ...................................... 38
Abbildung 36: Erweiterung der Zündgrenzen bei Laserzündung (US ALIS Programm)
................................................................................................................................. 39
Abbildung 37: Sich ausbildende Corona im Fall ECCOS ......................................... 40
Abbildung 38: Temperaturmessung beim TEM-Konzept (Deutz) ............................. 43
Abbildung 39: Mögliche Reaktionspfade der Methanverbrennung (stark vereinfacht)
(Quelle: J. Warnatz (Ber. Bundsenges. Phys. Chem. 87, 1008 (1983)) ................... 45
Abbildung 40: Schema SCR Katalysator .................................................................. 46
Abbildung 41: Schema Cl.Air System (GE Jenbacher) ............................................. 47
Abbildung 42: Anwendungsgrenzen von Kolbenbauarten (Quelle: Kolbenschmidt) . 48
Abbildung 43: Vollschaftkolben mit Kühlkanal, Ringträger, Bronze Büchse und
Jet/Ölkühlung (Quelle: Mahle) .................................................................................. 49
Abbildung 44: Konventioneller Vollschaftkolben (Quelle: KS) ................................... 49
Abbildung 45: Monothermkolben aus Stahl (Mahle) ................................................. 50
Abbildung 46: Topfmulde MAN Baureihe 08 ............................................................. 51
Abbildung 47: "Herzmulde" GEJ Baureihe 2&3, hochturbulent ................................. 51
Abbildung 48: Brennraumgeometrie (links Agenitor 206/rechts MAN 2876 standard)
................................................................................................................................. 52
Abbildung 49: Klopfsensor der Fa. Bosch................................................................. 52
55

Tabelle 1: Alkane ........................................................................................................ 6
Tabelle 2: Unterschiede n/iso-Butan ........................................................................... 7
Tabelle 3: Alkene ........................................................................................................ 7
Tabelle 4: Cycloalkane ............................................................................................... 7
Tabelle 5: Aromaten ................................................................................................... 8
Tabelle 6: Alkohole ..................................................................................................... 8
Tabelle 7: Methanzahlen wichtiger Gase .................................................................... 9
Tabelle 8: Wobbeindex verschiedener Brenngase ................................................... 12
Tabelle 9: Grenzwerte TA-Luft .................................................................................. 41
56