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Modellierung der Ruß- und NOx-Emissionen des Dieselmotors

Autor :Sebastian Paul Wenzel
Herkunft :OvGU Magdeburg, Fakultät für Maschinenbau
Datum :21.12.2006
 
Dokumente :
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Typ :Dissertation
Format :Text
Kurzfassung :Die Weiterentwicklung des Dieselmotors hinsichtlich Leistung und Verbrauch geschieht vor dem Hintergrund kontinuierlich anspruchsvoller werdender Emissionsstandards. Besonders bedeutsam sind hierbei die Ruß- und NOx-Emissionen. In dieser Arbeit wurden zur Untersuchung der Verbrennung und Schadstoffentstehung auf Messdaten basierende nulldimensionale Modelle zur Berechnung der Ruß- und NOx-Emissionen entwickelt. Die Modelle bauen auf Potenzproduktansätzen auf. Als Eingangsgrößen wurden mit Hilfe optischer und thermodynamischer Methoden sechs "globale" Parameter gewählt, welche die Heizrate und die Gaszusammensetzung beschreiben und einen physikalisch nachvollziehbaren Zusammenhang mit den Emissionen haben. Die Modelle werden daher als "halbempirisch" definiert. Alle Eingangsgrößen lassen sich mit Standardmesstechnik ermitteln, so dass es theoretisch möglich ist, die Modelle in zukünftige Motorregelungskonzepte mit einzubinden. Die Modelle sind – nach Anpassung der Modellkoeffizienten – auf verschiedene PKW-Dieselmotoren mit unterschiedlichen Einspritzsystemen, verschiedenen Hubräumen und Ventilanordnungen übertragbar. Die Gültigkeit für einen weiten Kennfeldbereich und unterschiedliche Brennverfahrensstrategien (heterogene, teilhomogene und homogene Verbrennung) wurde bestätigt. Das Bestimmtheitsmaß R2 bei der Rußmodellierung ist unter anderem aus messtechnischen Restriktionen ca. 8 % geringer als bei der NOx-Modellierung. Die Emissionen von nicht in die Modelle eingehenden Betriebspunkten werden durch die Rechnung tendenziell richtig wiedergegeben (keine Extrapolation). Bei kleinen FSN-Zahlen können dabei hohe Abweichungen auftreten. Der Einfluss der Modellparameter auf die Emissionen ist physikalisch nachvollziehbar und zeigt bei den verschiedenen Motoren mit wenigen Ausnahmen die gleiche Tendenz auf. Allgemein konstante Größen wurden nicht gefunden. Anhand einer Studie der Modellparameter wurde ein hypothetischer, "idealer" Verlauf der Wärmefreisetzung entwickelt, bei dem die Annahme getroffen wird, dass nur geringe Ruß- und NOx-Emissionen entstehen. Die Wärmefreisetzung muss sich bis zu ihrem Maximum moderat entwickeln und dann rasch abfallen. Zur Realisierung dieser Wärmefreisetzung wurden verschiedene Einspritzverlaufsformen und Einspritzsysteme vorgeschlagen. Weiterhin wurde für eine schadstoffarme Verbrennung eine Änderung der Zusammensetzung der zugeführten Luft empfohlen. Durch eine Erhöhung des Inertgasanteils (höhere AGR-Rate) können bei Konstanthalten des Sauerstoffgehalts die NOx-Emissionen reduziert werden, wobei der Anstieg der Rußemissionen unterbunden wird. Es wurde gezeigt, dass eine Ladedruckerhöhung ein probates Mittel zur Erzielung einer teilhomogenen Verbrennung ist.
Schlagwörter :Dieselmotor, Ruß- und NOx-Emissionen, Potenzproduktansatz, nulldimensionale Modelle, optische und thermodynamische Methoden
halbempirisch, Brennverfahren, Einspritzverlauf
semi-empirical, Combustion Strategy, Injection Rate Shape
Rechte :Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt.
Größe :XIV, 171 S.
 
Erstellt am :19.01.2009 - 13:22:39
Letzte Änderung :22.04.2010 - 08:01:50
MyCoRe ID :HALCoRe_document_00005741
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