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2019 | OriginalPaper | Buchkapitel

35. Schadstoffbildung

verfasst von: Dr.-Ing. Peter Eckert, Dr.-Ing. Sebastian Rakowski

Erschienen in: Grundlagen Verbrennungsmotoren

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Zusammenfassung

Bei der vollständigen Verbrennung eines nur aus C‐ und H‐Atomen bestehenden, sogenannten CxHy‐Brennstoffes enthält das Abgas die Komponenten Sauerstoff (O2), Stickstoff (N2), Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O). Bei der realen Verbrennung treten zusätzlich zu diesen Bestandteilen auch die Produkte der unvollständigen Verbrennung Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) sowie die unerwünschten Nebenprodukte Stickoxide (NOx) und Partikel auf. Im Gegensatz zu den durch den Gesetzgeber limitierten Abgaskomponenten wird das CO2 nicht als Schadstoff angesehen, da es keine direkte Gefahr für die Gesundheit des Menschen darstellt und als Endprodukt jeder vollständigen Oxidation eines Kohlenwasserstoffs auftritt. Im Folgenden werden die Entstehungsmechanismen der oben genannten Schadstoffe beschrieben sowie inner‑ und nachmotorische Methoden zur Reduktion dieser Stoffe dargestellt.
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Literatur
Adolph, D., Lamping, M., Körfer, T., Kolbeck, A.: Variabler Ventiltrieb beim DI-Diesel – Eine neue Funktionalität zur gezielten Steuerung der Ladungsbewegung. In: Variable Ventilsteuerung: Technische Konzepte variabler Ventiltriebe zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen, S. 261–277. Haus der Technik, Aachen (2009)
Amnéus, P., Mauß, F., Kraft, M., Vressner, A., Johansson, B.: SAE Paper 2005-01-0126. (2005)
Appel, J., Bockhorn, H., Wulkow, M.: A detailed numerical study of the evolution of soot particle size distributions in laminar premixed flames. Chemosphere 42, 635–645 (2001) CrossRef
van Basshuysen, R. (Hrsg.): Ottomotor mit Direkteinspritzung: Verfahren, Systeme, Entwicklung, Potenzial, 2. Aufl. Vieweg+Teubner, Wiesbaden (2008)
Baulch, D.L., Cobos, C.J., Cox, A.M., Frank, P., Haymann, G., Just, T., Kerr, J.A., Murrels, T., Pilling, M.J., Twe, J., Walker, R.W., Warnatz, J.: Evaluated kinetic data for combustion modeling. J. Phys. Chem. Ref. Data 22(Supplement I), 847 (1994) CrossRef
Belardini, P., Bertori, C., Del Cameretti, M.C., Del Giacomo, N.: A coupled diesel combustion and sod formation model for KIVA II code: characteristics and experimental validation. Int Symp Comodia A94, 315–323 (1994)
Besio, G., Nobile, M.: A challenging fuel for diesel engines: orimulsion, from the concept to the application. CIMAC Congress, Hamburg. VDI Verlag, Düsseldorf (2001)
Bockhorn, H.: A short introduction to the problem – structure of the following parts. In: Bockhorn, H. (Hrsg.) Soot formation in combustion. Springer, Berlin, Heidelberg, New York (1994) CrossRef
Borrmeister, J., Hübner, W.: Einfluss der Brennraumform auf die HC-Emissionen und den Verbrennungsablauf. MTZ 58, 408–414 (1997)
Bozelli, J.W., Dean, A.M.: O + NNH: a possible new route for NOx formation in flames. Int. J. Chem. Kin. 27(11), 1097 (1995) CrossRef
Bühler, U.: Prüfstandsuntersuchungen zur Dioxin-Emission von Verbrennungsmotoren. Dissertation. Universität Stuttgart (1995)
Bühler, U., Essers, U., Greiner, R.: Dioxin-Emission des Straßenverkehrs. MTZ 58, 422–425 (1997)
Cheng, W.K., Hamrin, D., Heywood, J.B., Hochgreb, S., Min, K., Norris, M.: An overview of hydrocarbon emissions mechanisms in spark-ignition engines. SAE Paper 932708. (1993)
Cui, Q., Morokuma, K., Bowman, J.M., Klippenstein, S.J.: The spin-forbidden reaction CH(2Π) + N2 → HCN + N(4S) revisited. II. Nonadiabatic transition state theory and application. J. Chem. Phys. 110(19), 9469–9482 (1999) CrossRef
Eckert, P.: Numerical and experimental investigation of water introduction into DI diesel engine combustion TH Bd. 3. Logos (2008). Dissertation. Universität Karlsruhe
Eng, J.A.: The effect of spark retard on engine-out hydrocarbon emissions. SAE Paper 3867. (2005)
Federal Register, U.S.: Greenhouse gas emissions and fuel efficiency standards for medium- and heavy-duty engines and vehicles-phase 2. 81 FR 73478. (2016)
Fenimore, C.P.: Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flames. 13th Int. Symp. Combustion. The Combustion Institute, Pittsburgh, S. 373–380 (1971)
Frenklach, M.: Method of moments with interpolative closure. Chem. Eng. Sci. 57, 2229–2239 (2002) CrossRef
Frenklach, M., Wang, H.: Detailed mechanism and modeling of soot particle formation. In: Bockhorn, H. (Hrsg.) Soot formation in combustion. Springer, Berlin, Heidelberg (1994)
Fusco, A., Knox-Kelecy, A.L., Foster, D.E.: Application of a phenomenological soot model to diesel engine combustion. Int. Symp. COMODIA 94., S. 571–576 (1994)
Glarborg, P., Alzueta, M.U., Dam-Johansen, K., Miller, J.A.: Kinetic modeling of hydrocarbon/nitric oxide interactions in a flow reactor. Combust Flame 115, 1–27 (1998) CrossRef
Goel, S., Agarwal, D.: Carbon Dioxide. In: Encyclopedia of Toxicology, 3. Aufl., S. 675–677. (2014) CrossRef
Heywood, J.B.: Internal combustion engine fundamentals. McGraw-Hill, New York (1988)
Hill, P.G., McTaggert-Cowan, G.P.: Nitrogen oxide production in a diesel engine fueled by natural gas. SAE Paper 2005-01-1727. (2005) CrossRef
Hiroyasu, H., Kadota, T., Arai, M.: Supplementary comments: fuel spray characterization in diesel engines. In: Combustion modelling in reciprocating engines, S. 369–408. (1980) CrossRef
Johnson, T.V.: Diesel emission control highlights of the annual Society of Automotive Engineers (SAE) international congress. Verweis auf Laroo, C.A. (unveröffentlicht). Platinum Metals Rev 54(4), 216–222 (2010)
Kazakow, A., Foster, D.E.: Modeling of soot formation during DI diesel combustion using a multi-step phenomenological soot model. SAE Paper 982463. (1998) CrossRef
Kittelson, D.B.: Engines and nanoparticles. A review. J. Aerosol. Sci. 29, 575–588 (1998) CrossRef
Konnov, A.A.: On the relative importance of different routes forming NO in hydrogen flames. Combust. Flame 134, 421–424 (2003) CrossRef
Konnov, A.A., Colson, G., De Ruyck, J.: NO formation rates for hydrogen combustion in stirred reactors. Fuel 80(1), 49–65 (2001) CrossRef
Kweon, C.-B., Foster, D.E., Schauer, J.J., Okada, S.: Detailed chemical composition and particle size assessment of diesel engine exhaust. SAE Paper 2002-01-2670. (2002)
Ladommatos, N., Abdelhalim, S.M., Zhao, H., Hu, Z.: The dilution, chemical and thermal effects of exhaust gas recirculation on diesel engine emissions – part 4: effects of carbon dioxide and water vapour. SAE Paper 971660. (1997)
Lange, J.: Bestimmung der Carbonylverbindungen im Abgas von schwerölbetriebenen Dieselmotoren. Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 15, Bd. 161. VDI, Düsseldorf (1996)
Lavoie, G.A., Heywood, J.B., Keck, J.C.: Experimental and theoretical investigation of nitric oxide formation in internal combustion engines. Combust Sci Technol 1, 313–326 (1970) CrossRef
Liu, Y., Amr, A., Reitz, R.D.: Simulation of effects of valve pockets and internal residual gas distribution on HSDI diesel combustion and emissions. SAE Paper 2004-01-0105. (2004)
Liu, Z.G., Ottinger, N.A., Wall, J.C., Barge, P.: Measurement of dioxin and Furan emissions during transient and multi-mode engine operation. SAE Paper 2011-01-1158. (2011)
Marohn, R., Rakowski, S., Seebode, J., Brauer, M.: Einspritzdruckbedarf für zukünftige dieselmotorische Pkw und Nkw Brennverfahren (2008). Haus der Technik: Diesel- und Benzindirekteinspritzung
Mathis, U., Mohr, M., Kaegi, R., Bertola, A., Boulouchos, K.: Influence of diesel engine combustion parameters on primary soot particle diameter. Environ Sci Technol 39(5), 1887–1892 (2005) CrossRef
Mauß, F.: Entwicklung eines kinetischen Modells der Rußbildung mit schneller Polymerisation. Dissertation. RWTH Aachen (1997)
McEnally, C.S., Ciuparu, D.M., Pfefferle, L.D.: Experimental study of fuel decomposition and hydrocarbon growth processes for practical fuel components: heptanes. Combust. Flame 134, 339–359 (2003) CrossRef
McEnally, C.S., Pfefferle, L.D., Atakan, B., Kohse-Höinghaus, K.: Studies of aromatic hydrocarbon formation mechanisms in flames: progress towards closing the fuel gap. Prog. Energy Combust. Sci. 32, 247–294 (2006) CrossRef
Miller, J.A., Bowman, C.T.: Mechanism and modeling of nitrogen chemistry in combustion. Prog. Energy Combust. Sci. 15, 287–338 (1989) CrossRef
Mosbach, S., Celnik, M.S., Raj, A., Kraft, M., Zhang, H.R., Kubo, S., Kim, K.-O.: Towards a detailed soot model for internal combustion engines. Combust. Flame 156, 6 (2009) CrossRef
Moskaleva, L.V., Xia, W.S., Lin, M.C.: The CH+N2 reaction over the ground electronic doublet potential energy surface: a detailed transition state search. Chem. Phys. Let. 331, 269–277 (2000) CrossRef
Musculus, M.P.B., Dec, J.E., Tree, D.R., Daly, D., Langer, D., Ryan, T.W., Matheaus, A.C.: Effects of water-fuel emulsion on spray and combustion processes in a heavy-duty DI diesel engine. SAE Paper 2002-01-2892. (2002) CrossRef
N.N.: 2. Dioxinbericht des Landes Sachsen-Anhalt – Fortschreibung des Berichts von 1996. Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt, Halle (Saale) (2011)
Nagle, J., Strickland-Constable, R.F.: Oxidation of Carbon between 1000–2000 °C. Proc. 5th Conf. on Carbon 1., S. 154–164 (1962)
Neoh, K.G.: Soot Burnout in Flames. Ph.D. thesis. MIT (1976)
Netzell, K., Lehtiniemi, H., Mauss, F.: Calculating the soot particle size distribution function in turbulent diffusion flames using a sectional method. Proc Combust Inst 31, 667–674 (2007) CrossRef
Nishida, K., Hiroyasu, H.: Simplified three-dimensional modeling of mixture formation and combustion in a DI diesel engine. SAE Paper 890269. (1989)
Pattas, K.: Stickoxidbildung bei der ottomotorischen Verbrennung. MTZ 34, 397–404 (1973)
Pischinger, F., Schulte, H., Hansen, J.: Grundlagen und Entwicklungslinien der Dieselmotorischen Brennverfahren. VDI Berichte, Bd. Nr. 714. VDI Verlag, Düsseldorf (1988)
Schutting, E., Neureiter, A., Fuchs, C., Schatzberger, T., Klell, M., Eichlseder, H., Kammerdiener, T.: Miller- und Atkinson-Zyklus am aufgeladenen Dieselmotor. MTZ 2007(6), 480 (2007)
Seebode, J., Stegemann, J., Sommer, A., Stölting, E., Buschmann, G.: Höchstdruckeinspritzung und Einspritzverlaufsformung am Nfz-Einzylindermotor. 15. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik. (2006)
von Smoluchowski, M.Z.: Versuch einer mathematischen Theorie der Koagulationskinetik kolloider Lösungen. Z. Phys. Chem. 92(2), 129–268 (1917)
Stiesch, G.: Modeling engine spray and combustion processes. Springer, Berlin Heidelberg New York (2003) CrossRef
Stumpf, M.: Einfluss motorischer Betriebsparameter auf die Eigenschaften von Rußpartikeln und deren messtechnische Erfassung. Logos, Berlin (2008). Dissertation, Technische Universität Karlsruhe
Sutton, J.A., Fleming, J.W.: Towards accurate kinetic modelling of prompt NO formation in hydrocarbon flames via the NCN pathway. Combust. Flame 154, 630–636 (2008) CrossRef
Sutton, J.A., Williams, B.A., Fleming, J.W.: Laser-induced fluorescence measurements of NCN in low-pressure CH4/O2/N2 flames and its role in prompt NO formation. Combust. Flame 153, 465–478 (2008) CrossRef
Tao, F., Liu, Y., Rempel, E.B.H., Foster, D.E., Reitz, R.D., Choi, D., Miles, P.C.: Modeling the effects of EGR and injection pressure on soot formation in a high-speed direct-injection (HSDI) diesel engine using a multi-step phenomenological soot model. SAE Paper 2005-01-0121. (2005) CrossRef
Tao, F., Reitz, R.D., Foster, D.E., Liu, Y.: Nine-step phenomenological diesel soot model validated over a wide range of engine conditions. Int. J. Therm. Sci. 48(6), 1223–1334 (2009) CrossRef
Upatnieks, A., Mueller, C.J., Martin, G.C.: The influence of charge-gas dilution and temperature on DI diesel combustion processes using a short-ignition-delay, oxygenated fuel. SAE Paper 2005-01-2088. (2005) CrossRef
Vishwanathan, G., Reitz, R.D.: Modeling soot formation using reduced polycyclic aromatic hydrocarbon chemistry in n-heptane lifted flames with application to low temperature combustion. J. Eng. Gas Turbines Power 131(3), 032801.1–032801.7 (2009) CrossRef
Warnatz, J., Maas, U., Dibble, R.W.: Verbrennung: Physikalisch-Chemische Grundlagen, Modellierung und Simulation, Experimente, Schadstoffentstehung. Springer, Heidelberg (1997) CrossRef
Westbrook, C.K., Dryer, F.L.: Chemical kinetic modeling of hydrocarbon combustion. Prog. Energy Combust. Sci. 10, 1–57 (1984) CrossRef
Zeldovich, Y.B.: The oxidation of nitrogen in combustion and explosions. Acta Physicochim. USSR 21, 577–628 (1946)
Metadaten
Titel
Schadstoffbildung
verfasst von
Dr.-Ing. Peter Eckert
Dr.-Ing. Sebastian Rakowski
Copyright-Jahr
2019
Buch
Grundlagen Verbrennungsmotoren

Print ISBN: 978-3-658-23556-7

Electronic ISBN: 978-3-658-23557-4

Copyright-Jahr: 2019

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-23557-4_35

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    Bildnachweise

    Version: 0.2014.0