Kaltstartverhalten von Drei-Wege-Katalysatoren: reaktionstechnische Untersuchung, Simulationen und Experimente
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Darmstadt
2017
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| adam_text | Kaltstartverhalten von
Drei-Wege-Katalysatoren -
Reaktionstechnische Untersuchung,
Simulationen und Experimente
Cold-Start Behavior of Three-Way Catalytic Converters
- Reaction-Engineering Study, Experiments and Simulations
Zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr -Ing )
genehmigte Dissertation von Timo Bäroth, M Sc aus Limburg / Lahn
Dezember 2017 — Darmstadt — D 17
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis IV
1 Einleitung 1
2 Aufgabenstellung und Motivation 7
3 Stand der Technik und Wissenschaft 10
3 1 Drei-Wege-Katalyse 10
311 Aufbau und Zusammensetzung von Drei-Wege-Katalysatoren 11
312 Katalytische Aktivität und Umsatzverhalten 13
3121 Thermische Effekte 13
3122 Lambda-Wert 14
3123 Verschiedene Kohlenwasserstoffspezies 15
3124 Alterungs-und Deaktivierungsprozesse 17
313 Experimentelle Testverfahren 18
314 Modellierung von Drei-Wege-Katalysatoren 20
3141 Mathematische und physikalische Modellierung 21
3142 Kinetische Modellierung 24
3 2 Kaltstartverhalten von Drei-Wege-Katalysatoren 26
4 Apparatives und Methodisches 30
4 1 Experimentell 30
411 Katalysatoren 30
412 Apparativer Aufbau der Modellgasanlage 32
4121 Gasversorgung 33
4122 Reaktor 33
4123 Analytik 36
413 Versuchsdurchführung der experimentellen Untersuchungen 38
4131 Fast Light-OffVerfahren 39
4132 NEDC-Fahrzyklus 41
4 2 Modellierung 41
421 Physikalisches Modell 42
4211 Massenbilanz 44
4212 Energiebilanz 46
422 Kinetik 47
423 Hardware 51
Inhaltsverzeichnis
I
5 Ergebnisse und Diskussion 52
5 1 Experimentelle Untersuchungen 52
511 Fast Light-Off Verfahren 52
512 Einfluss von Wasser 58
513 Reversible Aktivierung / Deaktivierung 61
5131 Gasmilieu während der Präkonditionierung 62
5132 Dauer der Präkonditionierung 64
5133 Temperatur der Präkonditionierung 65
514 Einfluss verschiedener Kohlenwasserstoffe 69
5141 Reaktivität 70
5142 Inhibierungspotenzial 72
515 Effekt von externem und internem Massentransfer 77
5 2 Experimentelle Transferleistungen 80
521 Adaption an ein neues Katalysatorsystem 80
522 Modifikation zu höherer Realitätsnähe 83
5 3 Modellbildung 88
531 Grundlagen der Modellentwicklung 88
5311 Messungen und Sensitivitätsanalyse 89
5312 Gradientenbasierter Optimierungsalgorithmus 90
5313 Global agierender Optimierungsalgorithmus 92
532 Modellierung des Verhaltens von Wasser 93
533 Modellierung verschiedener Kohlenwasserstoffe 97
534 Berücksichtigung von radialer Washcoatdiffusion 101
535 Simulationsmodell des Kaltstartverhaltens von Drei-Wege-Katalysatoren 103
536 Modellierung der reversiblen Aktivierung / Deaktivierung 105
5 4 Modellvalidierung 109
541 Variation der Zielfunktion 110
542 Applikation des Modells auf andere Kaltstartszenarien 114
543 Reaktionstechnische Analyse des Kaltstartverhaltens 118
6 Zusammenfassung 133
7 Ausblick 139
Inhaltsverzeichnis
8 Anhang
Vollständiges Kinetisches Modell
Reaktionsgleichungen
Ratengleichungen
141
141
141
142
Übersichtsplot der Simulationsstudie (Abschnitt 5 4 3) der Komponenten CxHy 144
Literaturverzeichnis 145
Abbildungsverzeichnis 154
Tabellenverzeichnis 158
Inhaltsverzeichnis
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