De ontwikkelaars van dieselmotoren staan voor een belangenconflict: veel maatregelen die de stikstofoxidenemissies verminderen, zorgen voor een duidelijke verhoging van het brandstofverbruik. Op de herfstvergadering van de Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. (FVV) in Würzburg presenteerden onderzoekers nieuwe benaderingen, waarmee bij de doelstellingen om tot een schone dieselmotor te komen, kunnen worden verenigd.
Voor verbetering van de schadelijke emissies van dieselmotoren moet niet alleen de uitlaatgasnabehandelingsinstallatie goed functioneren. De motorenontwikkelaar wil de emissie van de motor al in de basis verminderen. Behalve constructieve maatregelen speelt daarbij de regeling van de motor een belangrijke rol. Het is noodzakelijk, dat de verschillende variabele systemen zodanig worden aangestuurd, dat de wettelijke uitlaatgasgrenswaarden betrouwbaar worden nageleefd, terwijl de motor tegelijkertijd zo min mogelijk brandstof verbruikt.
Drie van de belangrijkste grootheden, die niet onafhankelijk zijn van elkaar en specifiek voor de personenwagendiesel, zijn het inspuitbegin, de hoeveelheid teruggevoerde uitlaatgassen naar de cilinder en de wervelingen van de lucht in de cilinder. De laatste kunnen bijvoorbeeld door het in- of uitschakelen van een inlaatkanaal worden beïnvloed.
Naar schone dieselmotor
Onderzoekers van de ETH Zürich publiceerden de resultaten van een project, waarmee de regeling van deze grootheden in de toekomst een belangrijke mate flexibeler kan worden uitgevoerd. De onderzoekers berekenen het verloop van de verbranding in de motor op basis van de hittecurve en regelen de motor met behulp van de resultaten van deze berekening.
De huidige motoren zijn hiervoor aangewezen op de data van de fysieke emissiesensoren, zoals die voor de bepaling van het NOx-percentage in het uitlaatgas. Door het rekenmodel zouden dergelijke sensoren niet nodig zijn.
Virtueel sensornetwerk
De onderzoekers willen de fysieke sensoren echter niet vervangen, maar aanvullen met een virtueel sensornetwerk. Samen met regeltechnici van het ETH Zürich is onderzocht in hoeverre de berekening met de realiteit overeenkomt. Het resultaat: ook voor dynamische testcycli zoals de WLTC (World Light-Duty Test Cycle), waarover gediscussieerd werd bij de invoering, komen cumulatief de berekende waardes overeen met de daadwerkelijke emissiewaardes.
Een snellere motorregeling zou in de toekomst ook een ander probleem van moderne dieselmotoren kunnen oplossen: het verbrandingsproces is zeer dynamisch. Het is belangrijk, dat het voertuig onmiddellijk reageert als de bestuurder het gaspedaal intrapt.
Fysieke sensoren, die de basisemissiewaarden opnemen, reageren steeds met een vertraging tot 2 s op de verandering van de bedrijfstoestand van de motor. Daar komt nog de vertraging van de systemen voor uitlaatgasnabehandeling bij. Daardoor ontstaan kortstondig hogere emissies. De onderzoekers zijn er van overtuigd dat ze met moderne regelmethodes deze vertragingstijd ongeveer kunnen halveren.
Onderzoek in Japan
Ook in Japan wordt intensief onderzoek gedaan naar methoden om de emissiewaarden van dieselmotoren verder te verminderen. Aan de Waseda University in Tokio zoeken wetenschappers naar manieren om de regeneratie van partikelfilters nauwkeuriger te regelen. Omdat voor elke regeneratie extra brandstof wordt ingespoten, kan de exacte kennis van de werkelijke bedrijfstoestand gedurende de gehele levensduur van het voertuig belangrijke besparingen op het verbruik opleveren.
Voor zowel oxidatie- als SCR-katalysatoren werden de concepten onderzocht, die bij lage temperaturen functioneren. Dit is belangrijk om de na een koude start de steeds verhoogde emissiewaarden te verminderen.
Een andere benadering heeft betrekking op het verminderen van afzettingen, die ontstaan in de motor door uitlaatgasrecirculatie. Hierdoor zou het mogelijk worden om continu met grotere hoeveelheden uitlaatgasterugvoer te werken. De daling van de temperatuur, die hieruit voortvloeit, zorgt binnen in de motor voor minder NOx-vorming.
Dat zowel in Duitsland als Japan intensief onderzoek wordt gedaan naar de dieselmotor, geeft de potentie weer die nog bij dit verbrandingsprincipe aanwezig is. Met verder onderzoek zal het mogelijk worden om de emissies ook in het echte straatverkeer nog belangrijk te verminderen.
