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

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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
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