An einem modernen Dieselfahrzeug wurden Abgasuntersuchungen während des Fahrbetriebes mittels Flammenionisationsdetektors durchgeführt.
Diese Diplomarbeit behandelt die aktuelle Dieseltechnologie und soll einen Ausblick auf zukünftige Antriebkonzepte und mögliche Entwicklungen geben.
Durch die Abgasuntersuchung mittels Flammenionisationsdetektor (FID) soll die Kohlenwasserstoffkonzentration, also der Anteil von unverbranntem Kraftstoff im Abgas eines Oberklassefahrzeuges analysiert und Möglichkeiten zur Emissionsreduzierung durch Zugabe von Additiven im Kraftstoff aufgezeigt werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Der Dieselmotor
1.1 Die Geschichte des Dieselmotors
1.1.1 Biographie Rudolf Diesels
1.1.2 Die Entwicklung des Dieselmotors
1.1.2.1 Die Evolution des Diesels
1.2 Die Arbeitsweise des Dieselmotors
1.2.1 Die theoretischen Grundlagen
1.2.1.1 Der Carnot – Prozess
1.2.1.2 Der Carnot – Prozess läuft nach dem folgenden Schema ab:
1.2.1.3 Darstellung im T – S Diagramm
1.2.1.4 Ablauf des Carnot
1.2.1.5 Der Carnot Wirkungsgrad
1.2.2 Arbeitsprinzip des Dieselmotors
1.2.3 Einspritzverfahren
1.2.3.1 Vorkammer-Einspritzverfahren
1.2.3.2 Wirbelkammer-Einspritzverfahren
1.2.3.3 Lanova-Einspritzverfahren
1.2.3.4 Direkteinspritzung
1.2.3.4.1 Mittenkugelverfahren
1.2.3.4.2 Pumpe-Düse
1.2.3.4.3 Common-Rail
1.2.3.4.4 Fazit
1.2.4 Vergleich Otto- und Dieselmotor
2 Der Dieselkraftstoff
2.1 Einführung
2.2 Erdölgewinnung
2.3 Herstellung Dieselkraftstoff
2.3 Zusammensetzung und Eigenschaften
2.4 Additive
2.4.2 Dieseladditive
2.5 Alternative Antriebe
2.5.1 Alternative Antriebsysteme
2.5.1.1 Brennstoffzellen
2.5.1.2 Elektroantrieb
2.5.2 Alternative Kraftstoffe
2.5.2.1 tierische Fette
2.5.2.2 Pflanzenöle
2.5.2.3 Biodiesel
2.5.2.4 Synthetische Kraftstoffe
2.5.2.5 Gasantriebe
2.5.2.6 Alkohole
2.5.2.7 Wasserstoff in Verbrennungsmotoren
2.6 Fazit
3 Die Dieselabgase
3.1 Definition der Verbrennung
3.2 Abgase des Dieselmotors
3.2.1 Hauptbestandteile des Dieselabgases
3.2.1.1 Wasser (H2O)
3.2.1.2 Kohlenstoffdioxid (CO2)
3.2.1.3 Stickstoff (N2)
3.2.2 Nebenbestandteile des Dieselabgase
3.2.2.1 Kohlenstoffmonoxid (CO)
3.2.2.2 Kohlenwasserstoff (HC)
3.2.2.3 Stickstoffoxide (NOx)
3.2.2.4 Schwefeldioxid (SO2)
3.2.2.5 Feststoffe
3.2.2.5.1 Feinstaub
3.3 Abgasbehandlung beim Dieselmotor
3.3.1 Europäische Abgasnormen
3.4 Problematik der Dieselabgase
3.5 zukünftige Abgasbehandlungen
4 Messverfahren
4.1 Gaschromatographie (GC)
4.1.1 Aufbau
4.1.2 Messprinzip
4.1.3 Anwendungen
4.2 Massenspektrometrie (MS)
4.1.1 Aufbau und Messprinzip
4.1.2 Typen von Massenspektrometern
4.1.3 Auswertung von Massenspektren
4.1.4 Anwendungen
4.3 GC/MS-Kopplung
4.4 Flammenionisationsdetektor (FID)
4.4.1 Messprinzip
4.5 gesetzliche Abgasuntersuchung (AU)
4.5.1 AU-Typen für Kraftfahrzeuge
4.5.2 Messverfahren
4.5.3 zukünftige Abgasuntersuchung
5 Versuche
5.1 Aufgabenstellung
5.2 Versuchsaufbau und Vorversuche
5.2.1 Versuchsfahrzeug
5.2.2 Messgerät
5.2.2.1 Maßeinheit
5.2.3 Vorversuche
5.2.3.1 Vorversuch 1
5.2.3.2 Vorversuch 2
5.2.3.3 Vorversuch 3
5.2.3.4 Vorversuch 4
5.2.4 Versuchsaufbau
5.2.4.1 Aufbau
5.2.4.2 Meßprinzip
5.3 Versuchsdurchführung
5.3.2 Versuchsablauf
5.3.3 Versuchsauswertung
5.3.3.1 Versuche mit handelsüblichem Dieselkraftstoff
5.3.3.2 Versuche mit 50 ppm Additiv-Anteil im Kraftstoff
5.3.3.3 Versuche mit 100 ppm Additiv-Anteil im Kraftstoff
5.3.3.4 Vergleich der Versuchsergebnisse
5.3.4 Resümee
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit analysiert die Kohlenwasserstoffkonzentration im Abgas eines Oberklassefahrzeugs mittels Flammenionisationsdetektor (FID) und untersucht, inwieweit die Zugabe von Additiven im Dieselkraftstoff zu einer Reduzierung dieser Emissionen beitragen kann.
- Grundlagen der Dieseltechnologie und deren Arbeitsweise
- Analyse der Zusammensetzung und Behandlung von Dieselabgasen
- Einsatz und Funktionsweise verschiedener Messverfahren wie FID und GC/MS
- Experimentelle Untersuchung zur Auswirkung von Kraftstoffadditiven auf Emissionswerte
Auszug aus dem Buch
1.2.3.4.4 Fazit
Sowohl das Pumpe-Düse-System als auch die Common-Rail-Technologie verhalfen dem Dieselmotor zu ungeahnten Verbesserungen im Bereich Kraftstoffeinsparung, Leistungsentfaltung und Abgasemission. Alle Komponenten des Motors wurden permanent verbessert. So arbeiten zum Beispiel Einspritzsysteme von Dieselmotoren heutzutage mit Arbeitsdrücken von ca. 2000 bar. PD-Dieselmotoren gelten als robust und sparsam. CR-Dieselaggregate lassen sich durch ihre variable Steuerung an alle Bedürfnisse eines modernen Motors anpassen.
Heutzutage spielen die Abgasproblematik und die Feinstaubentwicklung eine immer größere Rolle. Um die strengeren Abgasnormen einzuhalten, leisten die Fahrzeughersteller einen immer größeren Konstruktionsaufwand. Im Vergleich zweier identischer Dieselmotoren ist das Pumpe-Düse-System teurer als ein nach dem Common-Rail-Verfahren arbeitender Motor.
Dies führt dazu, dass sich voraussichtlich in den nächsten 5 bis 10 Jahren nur eines der beiden Systeme, der Common-Rail-Dieselmotor, durchsetzen wird. Dieser ist sehr wirtschaftlich und bietet auch zukünftig ein hohes Entwicklungspotenzial, um den Verbrauch weiter zu reduzieren und schädliche Abgasemissionen zu vermeiden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Der Dieselmotor: Dieses Kapitel erläutert die geschichtliche Entwicklung, die theoretischen thermodynamischen Grundlagen sowie verschiedene Einspritzverfahren und einen Vergleich zwischen Otto- und Dieselmotor.
2 Der Dieselkraftstoff: Hier werden die Erdölgewinnung, die Herstellung und Eigenschaften von Dieselkraftstoff sowie alternative Antriebssysteme und alternative Kraftstoffe detailliert betrachtet.
3 Die Dieselabgase: Dieses Kapitel definiert den Verbrennungsprozess, analysiert die verschiedenen Abgasbestandteile und diskutiert die notwendige Abgasbehandlung sowie gesetzliche Abgasnormen.
4 Messverfahren: Es werden wissenschaftliche Methoden zur Abgasanalyse wie die Gaschromatographie, Massenspektrometrie und der Flammenionisationsdetektor beschrieben sowie die gesetzliche Abgasuntersuchung vorgestellt.
5 Versuche: Dieser Teil beschreibt den konkreten Versuchsaufbau zur Messung von Kohlenwasserstoffen am BMW X3 3.0 SD und präsentiert die Ergebnisse der Additiv-Tests.
Schlüsselwörter
Dieselmotor, Abgasuntersuchung, Flammenionisationsdetektor, FID, Kohlenwasserstoffe, Kraftstoffadditive, Common-Rail, Direkteinspritzung, Schadstoffemissionen, Gaschromatographie, Massenspektrometrie, Feinstaub, Verbrennungsprozess
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Abgasemissionen von modernen Dieselmotoren und der Wirksamkeit von Additiven im Kraftstoff zur Emissionsreduzierung.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die Motorentechnik, die chemische Zusammensetzung von Dieselabgasen sowie die messtechnische Erfassung von Schadstoffkonzentrationen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Analyse der Kohlenwasserstoffkonzentration im Abgas eines Oberklasse-SUV und die Überprüfung, ob Additiv-Dosierungen zu einer messbaren Reduktion dieser Stoffe führen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine mobile Abgasmessung unter realen Autobahnfahrbedingungen mittels eines Flammenionisationsdetektors (TVA 1000) durchgeführt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die Theorie der Dieseltechnologie, die Messmethodik, die Abgasproblematik sowie die praktische Durchführung der Testfahrten mit unterschiedlichen Kraftstoff-Additiv-Mischungen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Dieselmotor, FID-Messtechnik, Abgasreinigung, Kohlenwasserstoffemissionen und Additiv-Einfluss.
Warum war der Versuchsaufbau im Fahrzeug problematisch?
Das verwendete Messgerät TVA 1000 war für die Testbedingungen (Raumtemperatur/Druck, Mindestmenge an Messgas) ungeeignet und benötigte zur ordnungsgemäßen Funktion eine Luftverdünnung des Abgases.
Welches Ergebnis lieferte der Vergleich der Additiv-Dosierungen?
Der Vergleich zeigte eine Emissionsminderung, jedoch keinen linearen Zusammenhang zwischen der Verdoppelung des Additiv-Anteils und der Reduktionsrate der Kohlenwasserstoffe.
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- Christian Walkhoff (Autor), 2007, Dieselabgasuntersuchung mittels Flammenionisationsdetektor, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/186433
