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Forschungsbereich
Antriebssysteme

Abgasnachbehandlung beim Dieselmotor

 Der Dieselmotor stellt nach wie vor den Maßstab an Effizienz unter den Verbrennungsmotoren dar. Allerdings bedarf es immer aufwändigerer Systeme zur Reinigung des Abgases von schädlichen Komponenten. Bei der FVT haben wir uns in den letzten Jahren intensiv mit diesem komplexen Thema auseinandergesetzt.

Aller Weiterentwicklung des Brennverfahrens zum Trotz erfordert die strenge Emissionsgesetzgebung in Europa ein vollständiges Abgasnachbehandlungssystem (AGN) an Pkw- und LKW-Motoren. Vollständig heißt in diesem Fall, dass für jede der gesetzlich limitierten Schadstoffkomponenten ein Nachbehandlungssystem für die Verminderung vorhanden ist. Das sind in der Regel ein Oxidationskatalysator (DOC) für Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO), ein Filter (DPF) für Partikelemissionen (PM) und ein Speicherkatalysator (NSK) oder selektiver Katalysator (SCR) für Stickoxide (NOx). Neben ihren Grundfunktionen erfüllen die verschiedenen Komponenten auch Nebenfunktionen über diese sie teilweise stark interagieren. Da die verschiedenen Katalysatoren eine bestimmte Betriebstemperatur benötigen, ist das Thermomanagement ein wesentlicher Bestandteil der Erforschung von AGN-Systemen. Alles in allem ist die Entwicklung solcher Systeme eine herausfordernde Aufgabe. Bei der FVT sind Forschungen zum Thema AGN ein Schwerpunkt.

Bei der FVT steht die angewandte Forschung an AGN-Systemen im Fokus, und diese wird hauptsächlich am Motorprüfstand durchgeführt. Die Messungen erfordern den massiven Einsatz von aufwändiger Abgasmesstechnik und einen hohen Grad an Automatisierung, um gleichbleibende Randbedingungen sicherzustellen. Zum größten Teil müssen transiente Lastzyklen gemessen werden, da die Kaltstartphase einen dominanten Anteil am Emissionsergebnis hat. Entsprechend langwierig und schwierig sind die Messungen. Bei der FVT sind viele Prüfstande mit der erforderlichen Messtechnik ausgestattet.

Die Simulation hat bei Untersuchungen zum Thema AGN stark unterstützenden Charakter. Wesentlicher Inhalt, der rechnerisch abgehandelt wird, ist das Aufwärmverhalten nach dem Kaltstart (Thermomanagement). Das Thema Thermomanagement geht weit über den Bereich der eigentlichen AGN hinaus und bezieht praktisch alle Teile des Antriebsstranges ein, wie zum Beispiel Motorprozess und Hybridisierung. Hier kann die Simulation, insbesondere die Simulation des Gesamtsystems, einen wesentlichen Betrag leisten. Neben der Thermodynamik wird die Reaktionskinetik in der Simulation abgebildet. Die Kombination beider Ansätze erlaubt eine Vielzahl an weiterführenden Untersuchungen, die am Prüfstand nur schwer durchführbar sind. Simulation und Messung interagieren dabei stark.

Bei der FVT kommen für die Simulation kommerzielle und eigene Tools zur Anwendung.