Abgasnachbehandlung mit Partikelfiltersystemen in Nutzfahrzeugen:
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Aachen
Shaker
2014
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| Series: | Wuppertaler Reihe zur Umweltsicherheit
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INHALTSVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG 5
2. PARTIKELEMISSIONEN UND
EMISSIONSGESETZGEBUNG 7
2.1. EINORDNUNG DER
PARTIKELEMISSION AUS NUTZFAHRZEUGEN 7
2.2. EMISSIONSGESETZGEBUNG FUER NUTZFAHRZEUGE
IN EUROPA 9
3. AUSFUEHRUNGSFORMEN UND
FUNKTIONSWEISE VON PARTIKELFILTERN 11
3.1. AUSWAHL DES PARTIKELABSCHEIDERS 11
3.2. HISTORISCHE HERAUSFORDERUNGEN
DER ENTWICKLUNG VON PARTIKELFILTERN IN
NUTZFAHRZEUGANWENDUNGEN 15
3.3. OBERFLAECHENFILTER 19
3.3.1. WABENFOERMIGE FILTER 19
3.3.2. PLATTENFILTER 21
3.4. TIEFENFILTER UND NEBENSTROM-TIEFBETT-FILTER 23
3.5. BASISBETRIEBSGROESSEN VON
PARTIKELFILTERN 24
3.5.1. EINLEITUNG 24
3.5.2. PARTIKELABSCHEIDUNG 25
3.5.3. GEGENDRUCK 26
3.6. RUSSENTFERNUNG AUS
PARTIKELFILTERN 28
3.6.1. EINLEITUNG 28
3.6.2. KONTINUIERLICHE RUSSENTFERNUNG 29
3.6.3. DISKONTINUIERLICHE RUSSENTFERNUNG
DURCH EINLEITUNG EINER AKTIVEN
REGENERATION 33
3.6.3.1. DISKONTINUIERLICHE RUSSENTFERNUNG DURCH
OXIDATION MIT N0
2
34
3.6.3.2. RUSSENTFERNUNG DURCH OXIDATION
MIT SAUERSTOFF 34
3.6.3.3. REGENERATIONSVERHALTEN VON OBERFLAECHENFILTERN BEI
ANHEBUNG DER
ABGASTEMPERATUR 36
3.6.3.4. ADDITIVUNTERSTUETZTE REGENERATION 41
3.6.4. ZUSAMMENFASSUNG 43
3.7. SYSTEME ZUR
RUSSENTFERNUNG DURCH OXIDATION
MIT SAUERSTOFF 44
3.7.1. ELEKTROTHERMISCHE REGENERATION 44
3.7.2. BRENNERSYSTEME 45
3.8. ALTERNATIVE ABSCHEIDE- UND REGENERATIONSVERFAHREN 47
4. DISKONTINUIERLICHE RUSSENTFERNUNG
AUS PARTIKELFILTERN MITTELS KATALYTISCHER
BRENNER 48
4.1. EINLEITUNG 48
4.2. KONZEPTSTUDIE *NACHMOTORISCHE
KRAFTSTOFFDOSIERUNG 51
4.3. ENTWICKLUNGSSCHRITTE DES DOSIERSYSTEMS 53
4.4. VERFAHRENSTECHNISCHE ASPEKTE DER NACHMOTORISCHEN
DOSIERUNG VON
DIESELKRAFTSTOFF 57
4.4.1. DOSIER- UND DISPERGIERCHARAKTERISTIK DES
DOSIERSYSTEMS 58
4.4.2. POSITIONIERUNG DES
DOSIERSYSTEMS AM MOTOR 63
4.5. GRUNDLAGENUNTERSUCHUNGEN ZUR NACHMOTORISCHEN
DOSIERUNG VON
DIESELKRAFTSTOFF AN EINEM
MODELLKANAL 65
4.5.1. PROBLEMSTELLUNG 65
HTTP://D-NB.INFO/105840881X
2
4.5.2. BESCHREIBUNG DER STROEMUNGSSITUATION
AM EINBAUORT DES
DISPERGIERVENTILS 66
4.5.3. EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN 67
4.5.3.1. VERSUCHSAUFBAU 67
4.5.3.2. VERSUCHSMATRIX UND VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 68
4.5.3.3. DISKUSSION DER ERGEBNISSE 70
4.5.4. SIMULATION VON KRAFTSTOFFABLAGERUNGEN
IM ABGASSTRANG 74
4.5.5. BESCHREIBUNG DER
WANDFILMVERDUNSTUNG 76
4.5.5.1. MODELLIERUNG DES WANDFILMS 76
4.5.5.2. ERGEBNIS DER VERDUNSTUNGSBERECHNUNG 78
4.5.6. ZUSAMMENFASSUNG 79
4.6. AKTIVE PARTIKELFILTERREGENERATION BEI SCHWIERIGEN
FAHRZYKLEN 80
4.6.1. PROBLEMSTELLUNG 80
4.6.2. DAS VORKATALYSATORPRINZIP 82
4.6.3. AUSLEGUNG DES VORKATALYSATORS
- EIN ZIELKONFLIKT ZWISCHEN
GEGENDRUCK UND UMSATZ 83
4.6.4. UNTERSUCHUNGEN ZUR THERMISCHEN ALTERUNG
DES VORKATALYSATORS 86
4.6.5. EINFLUSS DES VORKATALYSATORS
AUF DEN HAUPTKATALYSATOR 87
4.6.6. ZUSAMMENFASSUNG 88
4.7. THERMISCHE ABSICHERUNG
DES FAHRZEUGS 89
4.7.1. PROBLEMSTELLUNG 89
4.7.2. KONSTRUKTIVE MASSNAHMEN ZUR ABGASTEMPERATURVERGLEICHMAESSIGUNG
....92
4.7.3. MESSUNG DER ABGASTEMPERATURVERTEILUNG IM FAHRZEUG 95
4.7.3.1. EINLEITUNG 95
4.7.3.2. BESCHREIBUNG DES VERSUCHSAUFBAUS 95
4.7.3.3. MESSUNG DER ABGASTEMPERATURVERTEILUNG AM FAHRZEUG BEI
STANDREGENERATION 96
4.7.3.4. ZUSAMMENFASSUNG 99
4.7.4. VERIFIZIERUNG DES BERECHNUNGSMODELLS 100
4.7.5. OBERFLAECHENTEMPERATUR DES ABGASNACHBEHANDLUNGSSYSTEMS 104
4.7.6. ZUSAMMENFASSUNG 106
5. ASCHEABLAGERUNGEN IN PARTIKELFILTERN 107
5.1. ASCHEQUELLEN 107
5.1.1. DEFINITION 107
5.1.2. KRAFTSTOFF 109
5.1.3. SCHMIEROEL 110
5.1.3.1. BESTIMMUNG DES ASCHEMASSENEINTRAGS IN PARTIKELFILTER 110
5.1.3.2. SCHMIEROELVERBRAUCH 111
5.1.3.3. SULFATASCHEGEHALT DES FRISCHOELS 111
5.1.3.4. ASCHEFINDUNGSRATEN 112
5.2. EIGENSCHAFTEN DER
ASCHE 114
5.2.1. ELEMENTARE ZUSAMMENSETZUNG DER ASCHEN 115
5.2.2. PARTIKELGROESSE VON OELASCHEN 116
5.2.3. ASCHEDICHTE 117
5.3. GRUNDLAGENUNTERSUCHUNGEN ZUR ENTSTEHUNG
DER DEPOSITIONSMUSTER VON
OELASCHEN IN PARTIKELFILTERN 118
5.3.1. BESCHREIBUNG UND
ANALYSE VON ASCHEDEPOSITIONSMUSTERN 118
5.3.2. AUSWIRKUNG DER ASCHEDEPOSITION IN PARTIKELFILTERN
AUF DAS
BETRIEBSVERHALTEN 126
3
5.3.2.1. VERSUCHSAUFBAU UND
VERSUCHSBEDINGUNGEN 126
5.3.2.2. CHARAKTERISIERUNG DER
DEPOSITIONSMUSTER UND IHRES EINFLUSSES
AUF DEN DRUCKVERLUST BEI
PERIODISCHEM RUSSABBRAND 128
5.3.2.3. CHARAKTERISIERUNG DER
DEPOSITIONSMUSTER UND IHRES
EINFLUSSES
AUF DEN DRUCKVERLUST BEI
KONTINUIERLICHEM RUSSABBRAND 130
5.4. ASCHEENTSTEHUNG
IM PARTIKELFILTER 132
5.4.1. EINLEITUNG 132
5.4.2. ENTSTEHUNG VON ASCHESTRUKTUREN
IN PARTIKELFILTERN 132
5.4.2.1. GLEICHMAESSIGE, GESCHLOSSENE RUSSSCHICHT 133
5.4.2.2. INHOMOGENE RUSSVERTEILUNG
IM FILTER 136
5.4.3. SCHNELLVERASCHUNGSMETHODEN 137
5.4.3.1. ADDITIVIERTE KRAFTSTOFFE 137
5.4.3.2. OELEINDUESUNG IN DIE ZULUFT DES
MOTORS 140
5.4.3.3. NACHMOTORISCHE OEIVERBRENNUNG 140
5.4.3.4. ERHOEHTE OELADDITIVIERUNG 141
5.4.4. ZUSAMMENFASSUNG 142
5.5. ASCHETRANSPORT IN PARTIKELFILTERN 143
5.5.1. EINLEITUNG 143
5.5.2. GRUNDLAGEN DES ASCHETRANSPORTS
IN PARTIKELFILTERN 145
5.5.2.1. ASCHEFREISETZUNG DURCH RUSSENTFERNUNG 145
5.5.2.2. RESUSPENDIERUNG VON PARTIKELN
UND PARTIKELSCHICHTEN VON
OBERFLAECHEN 145
5.5.2.3. ASCHETRANSPORT DURCH PNEUMATISCHE
KONVEKTION 149
5.5.3. ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG 151
5.6. KONSEQUENZEN FUER DIE
AUSLEGUNG VON PARTIKELFILTERSYSTEMEN IN
NUTZFAHRZEUGANWENDUNGEN 152
5.7. ASCHEENTFERNUNG AUS PARTIKELFILTERN 154
5.7.1. EINLEITUNG 154
5.7.2. ASCHEENTFERNUNG DURCH RUECKSPUELEN
MIT LUFT 155
5.7.3. GRUNDLEGENDE VERSUCHE ZUR ASCHEENTFERNUNG DURCH
FLUESSIG
KEITSRUECKSPUELUNG 156
5.7.3.1. LOESLICHKEIT VON ASCHEKOMPONENTEN IN WAESSRIGEN LOESUNGEN 156
5.7.3.2. VERFAHREN UND
VERSUCHSAUFBAU 157
5.7.3.3. REINIGUNG MIT
ALKALISCHER KOMPLEXBILDNERLOESUNG 159
5.7.3.4. REINIGUNG
MIT SAURER KOMPLEXBILDNERLOESUNG 164
5.7.4. CHARAKTERISIERUNG DES
REINIGUNGSERFOLGS 165
5.7.5. ASCHEREINIGUNG VON PARTIKELFILTERN
AUS NUTZFAHRZEUGEN 167
5.7.6. ASCHESINTERUNG UND ENTFERNUNG 169
5.7.7. ZUSAMMENFASSUNG 170
6. PARTIKELFILTER IN KOMBINIERTEN
ABGASNACHBEHANDLUNGSSYSTEMEN 171
6.1. DER WEG ZUM
KOMBINIERTEN ABGASNACHBEHANDLUNGSSYSTEM 171
6.2. KOMPONENTEN IN KOMBINIERTEN ABGASNACHBEHANDLUNGSSYSTEMEN 172
6.3. ANORDNUNG DES
PARTIKELFILTERS IM GESAMTSYSTEM 173
6.3.1. EINLEITUNG 173
6.3.2. PARTIKELFILTER NACH SCR-KATALYSATOR (DPF
NACH SCR) 173
6.3.3. PARTIKELFILTER VOR SCR-KATALYSATOR (DPF VOR SCR) 174
6.4. KOMBINIERTES ABGASNACHBEHANDLUNGSSYSTEM
IN STADTBUSSEN 177
4
6.5. KOMBINIERTES ABGASNACHBEHANDLUNGSSYSTEM ZUR DARSTELLUNG
DER
EURO-VL-GRENZWERTE 179
7. FAHRZEUGINTEGRATION VON ABGASNACHBEHANDLUNGSSYSTEMEN 181
7.1. BAURAUMBEDARF UND
ANORDNUNG DES ABGASNACHBEHANDLUNGSSYSTEMS 181
7.2. AUFGABE DER FAHRZEUGINTEGRATION 186
7.3. ANZEIGE- UND
BEDIENKONZEPT 189
7.3.1. ANZEIGEKONZEPT 190
7.3.2. REGENERATIONSSTRATEGIE ZUR SICHERSTELLUNG MAXIMALER
REGENERATIONSFAEHIGKEIT 194
7.3.2.1. ABLAUFEINES REGENERATIONSVORGANGS IM FAHRBETRIEB 194
7.3.2.2. ABIAUF DER DISKONTINUIERLICHEN
FILTERREGENERATION IN DER
ZONENLOGIK 195
7.3.2.3. GRENZEN DER
AKTIVEN REGENERATIONSFAEHIGKEIT DES SYSTEMS
IM
FAHRBETRIEB 198
7.3.3. BEDIENKONZEPT ZUR EINLEITUNG DER STANDREGENERATION 200
7.3.4. WEITERENTWICKLUNG DES
BEDIEN- UND ANZEIGEKONZEPTS 201
7.4. REGULATORISCHE ASPEKTE DER FAHRZEUGINTEGRATION VON
ABGASNACHBEHANDLUNGSSYSTEMEN 203
7.4.1. VORSCHRIFTEN, TECHNISCHE RICHTLINIEN
UND REGELUNGEN
FUER DIE
KONSTRUKTION VON NUTZFAHRZEUGEN 203
7.4.1.1. VORSCHRIFTEN ZUR LAGE DER ABGASMUENDUNG
IN NUTZFAHRZEUGEN 203
7.4.1.2. DAUERHALTBARKEIT VON
EMISSIONSEINRICHTUNGEN 204
7.4.1.3. TECHNISCHE RICHTLINIE
FUER STRASSENFAHRZEUGE 205
7.4.1.4. SEITLICHER UNTERFAHRSCHUTZ 206
7.4.2. BERUFSGENOSSENSCHAFTLICHE VORSCHRIFTEN 207
7.4.2.1. UNFALLVERHUETUNGSVORSCHRIFT BGV D29 207
7.4.2.2. BERUFSGENOSSENSCHAFTLICHE RICHTLINIE 181
- RUTSCHHEMMUNG 208
8. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 210
8.1. ZUSAMMENFASSUNG 210
8.2. AUSBLICK 214
9. LITERATUR 216
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