Entwicklung einer beschleunigten Aschebeladung zur Analyse des Alterungsverhaltens von Ottopartikelfiltern

  • Development of an accelerated ash loading method for the aging behavior analysis of gasoline particulate filters

Sterlepper, Stefan; Pischinger, Stefan (Thesis advisor); Jupke, Andreas (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine beschleunigte Aschebeladung zur Untersuchung des Lebensdauerverhaltens von Ottopartikelfiltern entwickelt. Dafür wird ein Brennerprüfstand zur thermischen Katalysatoralterung um eine Öleinspritzung erweitert. Die Öleinspritzung wird mit Sekundärlufteinblasung und verschieden großen Düsenaufsätzen ausgestattet. So sind unterschiedliche Tropfengrößen des Ölsprays darstellbar, die in verschiedenen Aschepartikelgrößen resultieren. Es folgen Experimente zur Aschebeladung von Ottopartikelfiltern (OPF) mittels Öleinspritzung am Brennerprüfstand. Die Ergebnisse zeigen eine initial steil ansteigende Filtrationseffizienz mit vergleichsweise geringem Gegendrucknachteil. Eine Betrachtung der Wandascheschicht unter dem Rasterelektronenmikroskop zeigt eine klare Separation von OPF-Substrat und Ascheschicht. Die anwachsende Ascheschicht verhindert die Tiefenfiltration von Ruß. Dadurch stellt sich bei Betrachtung des rußbeladenen Bauteils ein Gegendruckvorteil mit dem initialen Ascheeintrag ein. Weiterhin wird ein gesamtes Abgasnachbehandlungssystem aus Dreiwegekatalysator und beschichtetem OPF in einem Gehäuse untersucht. Bei der beschleunigten Aschebeladung zeigt sich ein überproportionaler aber reversibler Abfall der gemessenen Sauerstoffspeicherfähigkeit durch Maskierung der aktiven Zentren. Im OPF ist parallel kein entsprechender Effekt zu beobachten. Dies wird auf den reduzierten Kontakt von Asche und katalytischer Beschichtung zurückgeführt. Im Abgastest belegt das System keine größeren Auffälligkeiten gegenüber einem thermisch gealterten System. Daraus wird deutlich, dass die thermischen Alterungserscheinungen gegenüber chemischen und mechanischen überwiegen. Im experimentellen Einsatz zeigt sich die beschleunigte Aschebeladung mittels Öleinspritzung am Brennerprüfstand als geeignetes Mittel zur Untersuchung des Lebensdauerverhaltens von ottomotorischen Abgasnachbehandlungssystemen. Die Vergleichbarkeit zur Fahrzeugdauerlaufreferenz ist nachgewiesen.

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