Prozess-Massenspektrometer zur dynamischen Abgasanalytik
Final Report Abstract
I.) FVV-Projekt: LPG Systemvergleich Für eine breitere Verwendung von LPG Kraftstoffen ist es erforderlich, die Europäische LPG-Kraftstoffnorm (EN 589) mit Hinblick auf moderne Motorkonzepte zu aktualisieren, mit dem Ziel eine zukunftsfähige LPG-Qualität und maximale Energieeffizienz sicherzustellen. Dazu werden in Thermodynamikuntersuchungen auf einem stationären Motorprüfstand das Volllastpotenzial und die Emissionsentstehung im Teillastbetrieb untersucht. Zudem erfolgen Untersuchungen zur katalytischen Abgasnachbehandlung an einem Synthesegasprüfstand. Die experimentellen Untersuchungen zeigen, dass keine nennenswerten Ruß-Emissionen bei der Verbrennung mit LPG festgestellt werden. Bei modernen Katheizstrategien steht aufgrund einer schnelleren Verbrennung bei Verwendung von LPG ein geringer Abgaswärmestrom zum Aufheizen des Katalysators zur Verfügung (verglichen zum Benzinbetrieb), was die Oxidation der durch die Massenspektroskopie zu charakterisierenden unverbrannten Kohlenwasserstoffe erschwert. Dabei wird mit dem Großgerät besonders die Zusammensetzung der unverbrannten Kohlenwasserstoffemissionen bestimmt, da sich diese aufgrund der sehr unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzung im Vergleich zum ottomotorischen Betrieb ändert. II.) EU-Projekt: POWERFUL Wasserstoff ist im Vergleich zu Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffen eine sehr reaktive Gaskomponente auf katalytischen Oberflächen. In der automobilen Abgasnachbehandlung ist die hohe Reaktivität von Wasserstoff zur Schadstoffminderung besonders bei niedriger Abgastemperatursehr vorteilhaft. Es wurde ein Kraftstoffreformer entwickelt zur Erzeugung von Synthesegas (H2/CO) aus Dieselkraftstoff für den Einsatz in der Dieselabgasnachbehandlung. Mit dem Wasserstoffmessgerät wurden die Reformiergüte sowie die Wasserstoffumsätze auf katalytischen Monolithen im Motorabgas bestimmt. Mithilfe des H-Sense konnte der Reformerbetrieb hinsichtlich Produktausbeute optimiert werden und nachgewiesen werden, dass eine Reformatzusammensetzung nahe am chemischen Gleichgewicht erreicht werden kann. Weiterhin war es möglich, hohe Konvertierungsraten an einem NOx-Speicherkatalysator mithilfe des Synthesegases darzustellen. III.) FVV-Projekt: Diesel-Wassermikroemulsionen (DWME) Im Projekt Diesel-Wasser-Mikroemulsionen werden Emulsionskraftstoffe mit Wasserkonzentrationen bis zu 24% auf ihren Einfluss auf die Dieselmotorische Verbrennung und Schadstoffbildung untersucht. Während der motorischen Untersuchungen werden am Versuchsmotor neben FTIR-Abgasmesstechnik auch Untersuchungen mit dem TWIN-MS vorgenommen. Hierbei sollen die unterschiedlichen Verteilungsspektren der unverbrannten Kohelnwasserstoffe zusammen mit Adsorberharztechnologien erfasst werden. Zielkomponenten sind hier unter anderem die eingesetzten Tenside, welche für eine stabile Mischung in hohen Konzentrationen (bis zu 20%) eingesetzt werden müssen. Neben den möglichen Schlupfanteilen sollen auch stabile teilverbrannte Spezies identifiziert werden. IV.) Exzellenzcluster 236 „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse“ Im Exzellenzcluster werden komplett neue Moleküle auf ihre Eignung als Kraftstoff sowohl in otto- als auch dieselomtorischen Brennverfahren untersucht. Kraftstoffmoleküle, die von den Projektpartnern der Chemie hergestellt werden, werden in Versuchsmotoren hinsichtlich ihrer Schadstoffbildung und ihres Wirkungsgrades untersucht. Da komplett neuartige Molekülstrukturen andere Schadstoffkomponenten bilden (insbesondere im Bereich der Kohlenwasserstoff) sowie die von neuartigen Kraftstoffen gebildeten Partikelemissionen ein anderes Regenerationsverhalten aufweisen, sind mit den motorischen Experimente tiefgehende chemische Analysen verbunden. V.) Internes Forschungsprojekt: Temperaturabhängige SO3-Bildung nach einem definiertem Dieseloxidationskatalysator SO3 kann mit dem TWIN als Parallelmessung zu einem FTIR-Multianalyzer über einen intramolekularen Zerfall von SO3 zu SO2 auf der Masse 64 gemessen werden, indem die Existenz von stabilem SO2 im Abgas über das Infrarotspektrum erfasst wird und entsprechend mit dem Massenspektrometersignal verrechnet wird. Auf diese Weise wurden auf einem Laborgasprüfstand unter Wasserausschluss Temperaturfenster ermittelt, in denen ein definierter Pt-Pd-Oxidationskatalysator SO2 zu SO3 konvertiert. Hier kann es in einem realen Abgassystem zur Weißrauchbildung kommen.
Publications
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Development and Investigation of Diesel Fuel Reformer for LNT Regeneration. Emission Control Science and Technology, Emiss. Control Sci. Technol. (2015)
T. Wittka, V. Müller, P. Dittmann, S. Pischinger
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Experimental Investigation of Combined LNT + SCR Diesel Exhaust Aftertreatment. Emission Control Science and Technology 2 (2015)
T. Wittka; B. Holderbaum; P. Dittmann; S. Pischinger
