Stöchiometrisches heterogenes Dieselbrennverfahren im stationären und instationären Motorbetrieb

verfasst von: Christoph Kröger

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : AutoUni – Schriftenreihe

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

Inhaltsverzeichnis

Über dieses Buch

Christoph Kröger entwickelt den Lösungsansatz des stöchiometrischen Dieselbrennverfahrens, welches die Verwendung eines Drei-Wege-Katalysators ermöglicht, weiter. Dieser stellt eine Vereinfachung der dieselmotorischen Abgasnachbehandlung dar und kann die kostenintensiven und aufwendigen Speicherkatalysator- oder SCR-Systeme ersetzen. Der Autor bewertet das stöchiometrische Dieselbrennverfahren an einem seriennahen Vierzylinderdieselmotor am Motorprüfstand und in einem Versuchsfahrzeug – im stationären und auch im instationären Betrieb – in Bezug auf sein Emissionsminderungspotenzial und den Kraftstoffverbrauch. In den Prüfzyklen WHSC/WHTC, NEDC und WLTC werden die geforderten Grenzwerte der Emissionen für EU 6/VI eingehalten und teilweise sogar signifikant unterschritten. Der Kraftstoffmehrverbrauch und die Beladung des Partikelfilters sind vom untersuchten Prüfzyklus abhängig.

Der Autor

Christoph Kröger arbeitet in der Entwicklung eines namhaften Automobilherstellers im Bereich Thermodynamik V-Diesel-Motoren. Seine Industriepromotion erfolgte an der TU Braunschweig.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung

„Die Vergangenheit hat gezeigt, dass niemand die automobile Zukunft bzw. den Antrieb der Zukunft exakt vorherzusagen weiß. Der Verbrennungsmotor stand früher schon im Wettbewerb zu anderen Technologien, hat sich aber immer durchgesetzt. Bezahlbare Motorentechnologie, erschwinglicher Kraftstoff, eine hohe Reichweite und schnelle Wiederbetankung waren dafür sicherlich die Hauptursachen.“

Christoph Kröger

Kapitel 2. Konventionelles Dieselbrennverfahren

Zusammenfassung

Der Dieselmotor ist ein qualitätsgeregelter Selbstzündungsmotor mit innerer Gemischbildung. Bei einer Qualitätsregelung wird die Motorlast mithilfe der eingespritzten Kraftstoffmasse eingestellt. Die angesaugte Luft wird im Brennraum hoch verdichtet, in diese wird der Dieselkraftstoff eingespritzt und entzündet sich aufgrund der hohen Temperatur des Gemisches von selbst.

Christoph Kröger

Kapitel 3. Stöchiometrisches heterogenes Dieselbrennverfahren

Zusammenfassung

Zur Erfüllung der strengen Abgasgesetzgebungen wurden in der Vergangenheit verschiedene Technologien zur inner- und außermotorischen Reduzierung der Schadstoffe beim Dieselmotor eingeführt, speziell komplexe und kostenintensive Stickoxidabgasnachbehandlungssysteme (siehe Abschnitt 2.3.6 ab Seite 14), deren Bedeutung in der Zukunft aller Voraussicht nach weiter zunehmen wird. Wie weiter oben vorgestellt stellt der vom Ottomotor bekannte einfache und kostengünstige Drei-Wege-Katalysator eine alternative Lösung für die Stickoxidnachbehandlung dar. Dieser benötigt zum optimalen Betrieb eine stöchiometrische Abgaszusammensetzung (siehe Abschnitt 2.3.7 ab Seite 19). Ein konventioneller Dieselmotor arbeitet mit einem überstöchiometrischen Brennverfahren (siehe Abschnitt 2 ab Seite 5).

Christoph Kröger

Kapitel 4. Zielsetzung der Arbeit

Zusammenfassung

Der Dieselmotor als ein Vertreter der verbrennungsmotorischen Antriebstechnologie bietet Potenzial, gegenwärtig und in naher Zukunft den CO₂-Ausstoß zu verringern und, bis die elektrische Antriebstechnologie den gleichen Stand erreicht hat, erschwingliche und ausgereifte Mobilität zu sichern. Er kann somit als eine CO₂-günstige Brücke zu den elektrischen Antrieben angesehen werden.Wegen der notwendigen, aber aufwändigen Abgasnachbehandlung steht der Dieselmotor bzgl. der Einhaltung der geforderten Abgasgrenzwerte vor besonderen Herausforderungen. Das stöchiometrische Brennverfahren kann dabei eine Lösung dieser Herausforderung sein.

Christoph Kröger

Kapitel 5. Versuchsaufbau und -durchführung

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird der Versuchsaufbau und die Durchführung der Versuche vorgestellt, dazu gehört die Vorstellung des verwendeten Versuchsträgers mit dem Aufbau der Prüfstände samt ihren Systemen und der genutzten Messtechnik. Anschließend werden die untersuchten Prüfzyklen und die Ermittlung des Rußeintrages in den Partikelfilter beschrieben.

Christoph Kröger

Kapitel 6. Stationärer stöchiometrischer Betrieb beim Dieselmotor

Zusammenfassung

Die Untersuchungen des stöchiometrischen Brennverfahrens in Verbindung mit einem Drei-Wege-Katalysator sind in drei Teile gegliedert. Der erste Teil beschäftigt sich mit der Analyse des Brennverfahrens in stationären Betriebspunkten. Ein entscheidender Gesichtspunkt dabei ist der Einfluss des Luftverhältnisses auf die Konvertierungsrate der verwendeten Katalysatoren und auf den Wirkungsgrad.

Christoph Kröger

Kapitel 7. Instationärer stöchiometrischer Betrieb beim Dieselmotor

Zusammenfassung

In diesem Abschnitt wird das instationäre Verhalten des stöchiometrischen Brennverfahrens untersucht. Das Ziel ist die Bewertung des Emissionsminderungspotenzials und des Kraftstoffverbrauchs in verschiedenen aktuellen Prüfzyklen. In einem ersten Schritt wird der instationäre Betrieb ausschließlich im stöchiometrischen Kennfeldbereich schrittweise analysiert.

Christoph Kröger

Kapitel 8. Beladungs- und Regenerationsverhalten des Partikelfilters in stöchiometrischem Betrieb

Zusammenfassung

Wie Abbildung 6.2 auf Seite 54 gezeigt hat, steigen infolge des stöchiometrischen Betriebs die Rußrohemissionen signifikant an. Der Partikelfilter kann diese Emissionen reduzieren und weist dabei einen Abscheidegrad von nahezu 100% auf. Auf diese Weise werden die geforderten Grenzwerte für die Partikel in den Prüfzyklen eingehalten, die Ergebnisse in Abschnitt 7.4.3 ab Seite 93 belegen dies.

Christoph Kröger

Kapitel 9. Zusammenfassung

Zusammenfassung

Neue Fahrzyklen (Worldwide harmonized Light Duty Test Procedure, WLTP), sich ständig verschärfende Emissionsgesetzgebungen und die Maßnahmen zur Erfassung der so genannten Off-Cycle-Emissionen (mit Hilfe von Portable Emission Measurement Systems, PEMS) erfordern innovative Maßnahmen zur Reduktion der Schadstoffemissionen beim Dieselmotor, insbesondere der NO_x-Emissionen. Konventionelle Methoden zur Verringerung der NO_x-Emissionen sind die Verwendung von Speicherkatalysator- oder SCR-Systemen als Abgasnachbehandlung, diese bergen jedoch einen erhöhten Kosten- und Systemaufwand, speziell beim SCR-System ist ein zusätzlicher Betriebsstoff notwendig.

Christoph Kröger

Backmatter

Titel: Stöchiometrisches heterogenes Dieselbrennverfahren im stationären und instationären Motorbetrieb
verfasst von: Christoph Kröger
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-22501-8
Print ISBN: 978-3-658-22500-1
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-22501-8