Autoabgaskatalysatoren: Grundlagen - Herstellung - Entwicklung - Recycling - Ökologie : mit 309 Bildern und 65 Tabellen
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Renningen
expert verlag
2016
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| Edition: | 3. Auflage |
| Series: | Kontakt & Studium
Band 612 |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
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Der Autoabgaskatalysator: Ein komplexes System 1
Christian Hagelüken
1 Der Autoabgaskatalysator: Allgemeine Grundlagen 3
Jürgen Gieshoff
1 Einführung und Motivation 3
2 Grundlagen der Abgaskatalyse 6
2 1 Allgemeine Darstellung der Verbrennungsprozesse im Motor 6
2 2 Übersicht über Abgasreinigungskonzepte 8
2 3 Reaktionen im Autoabgaskatalysator 9
2 4 Katalysatorsysteme 11
3 Grundlagen der heterogenen Katalyse 12
3 1 Einleitung 12
3 2 Teilschritte einer heterogen katalysierten Reaktion 14
3 3 Physisorption und Chemisorption 15
3 4 Adsorptionsisotherme 17
3 5 Die Kinetik heterogen katalysierter Reaktionen 19
3 6 Beschreibung der Geschwindigkeitskonstante 20
3 7 Diffusionsvorgänge 22
371 Äußerer Stofftransport 22
372 Diffusionsvorgänge im Porengefüge des Katalysators 22
3 8 Zusammenhang zwischen Umsatz und Katalysatorbelastung 24
4 Parameter der Katalysatorleistung 25
5 Literatur 26
2 Katalysatorträger und Dieselpartikelfilter:
Schlüssel zur Abgasnachbehandlung 27
Ingo-C Tilgner
1 Einführung 27
2 Trägermaterialien 28
3 Herstellung von Keramikträgern 30
4 Zellgeometrien und Trägertypen 32
5 Physikalische und mechanische Eigenschaften 3
5 1 Dichte und Porosität 3
5 2 Thermische Eigenschaften 3
5 3 Festigkeit 3
5 4 Abgasgegendruck 4
6 Dünnwandträger 42
7 Dieselpartikelfilter DPF 43
8 Zusammenfassung 46
9 Literatur 46
3 Der Autoabgaskatalysator:
Zusammensetzung, Herstellung, Testverfahren
und Entwicklungstendenzen 47
Jürgen Gieshoff
1 Aktive Komponenten 47
1 1 Trägeroxide 48
111 Aluminiumoxid 48
112 Siliziumdioxid 49
113 Titandioxid 49
1 2 Weitere oxidische Zuschlagstoffe 49
121 Sauerstoff-Speicherkomponenten 49
122 Zeolithe 50
123 Stickoxid-Speicherkomponenten 50
1 3 Edelmetalle 51
14H erste llverfah re n 52
2 Katalysatorcharakterisierung 54
2 1 Physikalische Messmethoden 54
2 2 Chemische Analyse 56
2 3 Strukturanalyse 56
2 4 Dispersion der katalytisch aktiven Komponenten 57
2 5 Testverfahren zur Bestimmung der katalytischen Aktivität 58
251 Testverfahren am Motor 58
252 Fahrzeugtests 62
3 Simulation des Verhaltens von Autoabgaskatalysatoren 65
3 1 Einleitung 65
3 2 Grundlagen 66
3 3 Simulationsbeispiel für eine Dieselapplikation 67
321 Einfluss der Abgastemperatur 67
322 Einfluss der Rohemissionen 68
4 Schädigungen des Katalysators 70
4 1 Thermische Deaktivierung 70
411 Sinterung des Edelmetalls 70
412 Sinterung der Trägeroxide 71
413 Reaktionen der Washcoatkomponenten untereinander
bzw mit dem Träger 72
414 Vergiftungsprozesse 72
4 2 Auswirkungen der Deaktivierungsprozesse 74
5 Entwicklungstendenzen 74
5 1 Entwicklung der Drei-Wege-Anwendung 74
511 Einleitung 74
512 Beschichtungsentwicklung 75
513 Entwicklung von hochtemperaturstabilen Katalysatoren 76
5 2 Dieseloxidationskatalysatoren 78
521 Einleitung 78
522 Einsatz von Dieseloxidationskatalysatoren
vor dem Abgasturbolader 79
523 Alterungsphänomene bei Dieseloxidationskatalysatoren 80
5 3 NOx-Abgasreinigung für magere Motorenkonzepte 84
531 Selektive katalytische Reduktion 8
532 NOx-Adsorber-Technologie 91
5 4 Partikelreduktion durch katalysierte Filter 101
541 Regenerationsverfahren 101
542 Beschichtugsvarianten und Einfluss des Filtersubstrates 10
543 Typischer Systemaufbau 10
544 Vermeidung von Emissionen während des Rußabbrandes 10
545 Katalytische Partikelfilter zur Unterstützung
des Dieseloxidationskatalysators 10
546 Partikelfilter mit NOx-Reduktionspotential 11
6 Ausblick 11
7 Literatur 11
4 Die Märkte der Katalysatormetalle
Platin, Palladium und Rhodium 11
Christian Hagelüken
1 Einführung 11
2 Verfügbarkeit und Lagerstätten der Platinmetalle 11
3 Entwicklung von Angebot und Nachfrage 11
3 1 Angebot 11
3 2 Nachfrage 12
4 Preisentwicklung 12
4 1 Preisauswirkungen auf die Automobilindustrie 12
4 2 Einfluss der russischen PGM-Exporte 12
4 3 Preisentwicklung seit 2000 12
4 4 Ursachen der Preisvolatilität der Platinmetalle 13
5 Ausblick 13
6 Absicherungsmöglichkeiten für die Automobilindustrie 13
7 Literatur 13
5 Integration und Betrieb von Katalysatoren in Abgasanlagen 13
Georg Wirth, Julia Halbei und Heike Többen
1 Einleitung 13
2 Heutige Katalysatorsysteme 13
3 Theoretische Optimierungen am System 14
3 1 Strömungsverteilung und Aufwärmung des Systems 14
311 Grundsätzliche Aspekte zur Strömungsverteilung 14
312 Bestimmung der Strömungsverteilung
und Anspringphase / Katalyse 14
313 Light Off 14
314 Konvertierungsrate 14
315 Alterung 14
3 2 Abgastemperatur 15
3 3 Festigkeitsberechnung 153
4 Katalysatorsysteme mit Metall- und Keramikträgern 154
4 1 Systeme mit Metallträgern 155
4 2 Systeme mit Keramikträgern 156
5 Belastungen am Katalysatorsystem 158
6 Monolithlagerung im Katalysatorsystem 160
7 Fertigungsverfahren beim Canning von Katalysatoren 165
8 Lebensdauernachweis am System 170
9 Konzepte für weiter verschärfte Grenzwerte 173
9 1 Ottomotoren 173
9 2 Dieselmotoren 174
921 Abscheidesysteme (Rußfilter) 175
922 Filtermaterialien 176
923 Filterregeneration 178
924 Beispiele für die Fahrzeugintegration 184
10 Zusammenfassung 185
11 Literatur 186
6 Einsatz von Sensoren bei der Abgasreinigung 188
Thomas R Schulte
1 Einleitung 188
2 Lambda-Sonde 190
2 1 Funktion und Sondentypen 191
2 2 Material 196
2 3 Herstellungsverfahren 197
3 Abgastemperatursensoren (ATS) 199
3 1 Thermoelemente 200
3 2 Metall-Widerstandsthermometer 202
3 3 Heißleiter (NTC) 205
4 NOx-, CxHy- und NH3-Sensoren 206
4 1 Potenziometrische Gassensoren 208
4 2 Resistive und halbleiterbasierte Gassensoren 212
4 3 Voltametrische Gassensoren 213
4 4 Amperometrische Gassensoren 214
5 Rußsensoren 216
5 1 Resistive- und Impedanzmessverahren, Mikrowellensensoren 218
5 2 Elektrostatische Sensoren 219
5 3 Optische Sensoren 219
6 Ausblick 220
7 Literatur 221
7 Katalysatoreinsatz im Fahrzeugbetrieb 225
Jürgen Schmidt, Jürgen Leyrer, Wilfried Müller
1 Katalysatoreinführung bei DaimlerChrysler 225
2 Abgasreinigung von Benzinmotoren 226
2 1 Entwicklung der Abgasgrenzwerte 226
2 2 Erforderlicher mittlerer Wirkungsgrad der Abgasreinigung 228
2 3 Einflussgrößen auf die Abgasreinigung 229
231 Rohemission 232
232 Wärmehaushalt 233
233 Katalysatorträger 235
234 Katalytische Aktivierung 238
235 Lambdaregelung 241
236 On-Board-Diagnose 242
237 Alternative Systeme 246
3 Abgasreinigung für Motoren mit Benzin-Direkteinspritzung 252
3 1 Mögliche Technologien 252
3 2 NOx-Speicherkatalysatoren 253
321 Allgemeines Funktionsprinzip 253
322 Schwefelproblematik 253
323 Anforderungen an das Motormanagement 254
4 Abgasreinigung von Dieselmotoren 255
4 1 Abgasgrenzwertentwicklung 256
4 2 Dieseloxidationskatalysator 256
4 3 Dieselpartikelfiltersysteme 257
431 Beschichtetes Filtersystem 258
432 Kraftstoffadditiv basierende Systeme 261
4 4 NOx-Reduktion bei Dieselmotoren 262
441 HC-DeNOx 262
442 NOx-Speicherkatalysatoren 263
443 SCR-System mit Harnstoff 263
8 Die Kreislauf der Platinmetaile:
Recycling von Katalysatoren 265
Christian Hagelüken
1 Einführung / Motivation 265
2 Komponenten und Bauformen von Recycling-Katalysatoren 267
3 Anforderungen an eine optimierte Recyclingkette 269
4 Akteurskette beim Katalysator-Recycling 271
4 1 Anfallstellen für Recycling-Katalysatoren 271
4 2 Sammellogistik und Entmantelung 272
4 3 Recyclingaktivitäten der Automobilfirmen 273
4 4 PGM-Scheidung 274
5 Anfall von Recyclingkatalysatoren in Europa 275
6 Theorie und Praxis: Warum das Recyclingvolumen
bisher weit hinter den Erwartungen zurückbleibt 276
6 1 Forschungsprojekt PGM-Stoffströme 276
6 2 Rechnerisches Recyclingpotenzial 274
6 3 Reales Recyclingaufkommen 278
6 4 Verluste 280
6 5 Prognose von Recyclingpotenzial und PGM-Rückläufen 284
6 6 Direkte und indirekte Recyclingkreisläufe 286
7 Technische Verfahren der PGM-Rückgewinnung 289
8 Geschäftsabwicklung beim PGM-Refining 294
8 1 Ankauf von Recycling-Katalysatoren 294
8 2 Toll-Refining von Katalysator-Keramik 296
9 ökologische Aspekte 299
10 Der PGM-Kreislauf aus Autokatalysatoren:
Eine Chance für die Automobilindustrie 300
11 Literatur 302
9 Gesundheitsgefährdungspotenzial
von Edelmetallemissionen aus Autoabgaskatalysatoren 304
Gerhard Rosner und Rolf Merget
1 Einführung 304
2 Toxikologisches Wirkungspotenzial von Platin 304
2 1 Metallisches Platin in partikulärer Form 305
2 2 Platinsalze 305
2 3 Fazit 306
3 Charakterisierung der Platinemissionen 307
3 1 Emissionsfaktoren 307
3 2 Qualitative Charakterisierung der Platinemissionen 308
3 3 Fazit 309
4 Expositionsabschätzung 310
4 1 Gemessene Immissionskonzentrationen 310
4 2 Berechnung von Immissionskonzentrationen 310
4 3 Fazit 311
5 Risikoabschätzung 311
6 Palladium und Rhodium 312
7 Ausblick 313
8 Literatur 314
10 Abgasmessungen des Touring Club Schweiz an
Neufahrzeugen und Fahrzeugen mit hoher Laufleistung 316
Daniel Burch
1 Einführung 316
2 Gesetzliche Grundlagen und Messprogramm 318
3 Ergebnisse mit Neufahrzeugen 320
3 1 Schadstoffemissionen in den reglementierten Zyklen 320
3 2 Schadstoffemissionen im TCS-Zyklus mit Konstantgeschwindigkeiten 322
3 3 TCS-Abgasbewertung 323
3 4 Schadstoffemissionen in Abhängigkeit des Hubraums 326
3 5 Treibstoffverbrauch in den reglementierten Zyklen
sowie im Praxistest 327
3 6 Energieetikette für Personenwagen 329
4 Ergebnisse mit Langstreckenfahrzeugen 331
5 Auswirkungen auf die Emissionen von Personenwagen
in der Schweiz 333
6 Schlussfolgerungen und Ausblick 334
7 Literatur 335
11 Die Ökobilanz von Platingruppenmetallen und ihr Einfluss
auf die Effektivität von Autoabgaskatalysatoren 336
Christian Hochfeld und Johannes Gediga
1 Einleitung 336
2 PGM: Produzenten und Produktion 337
2 1 Produzenten 337
2 2 Produktion 338
3 Orientierende Sachbilanz einer Ökobilanz 339
3 1 Scope Definition 339
3 2 Ergebnisse der Sachbilanz 342
3 3 Einfluss der Marktwerte auf das Ergebnis der Ökobilanz von PGM 343
3 4 Anwendung von PGM in Autoabgaskatalysatoren 346
3 5 Vergleich:
Vermeidung von Schadstoffen durch PGM im Autoabgaskatalysator
versus Emissionen im Rahmen ihrer Gewinnung 346
4 Zusammenfassung 348
5 Rückblick und Perspektiven 349
6 Literatur 353
12 Kraftstoffe: Herstellung, Eigenschaften
und ihre Anwendung in Otto- und Dieselmotoren 354
Wolfgang Dörmer und Dieter Walther
1 Einleitung 354
2 Allgemeine Grundlagen 354
2 1 Erdöl als Rohstoff für Kraft- und Schmierstoffe 354
2 2 Erdölprovenienzen 356
2 3 Kohlenwasserstoff-Chemie 356
2 4 Allgemeines zu Verarbeitungsverfahren / Raffinerietechnik 359
3 Kraftstoffkomponenten und Kraftstoffsufmischung 362
4 Anforderung an Kraftstoffe (Normen / KQV)
und ihre praktische Bedeutung 365
5 Kraftstoffeinflüsse auf die Abgasemissionen 366
Glossar: Wichtige Abkürzungen und Fachausdrücke 372
Christian Hagelüken
Anhang: Emissionsgesetzgebung 378
Jürgen Gieshoff
Autorenverzeichnis
|
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| author | Hagelüken, Christian |
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