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Seite weiterempfehlenUntersuchung des Abgasverhaltens bezüglich der gesetzlich nicht limitierten Schadstoffe Aldehyde & Ketone bzw. polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) sowie die Beurteilung des Betriebsverhaltens eines 3-Zylinder-Schlepper-Dieselmotors...
...beim Betrieb mit verschiedenen Pflanzenölmethylestern (PME) unter Einbeziehung der Oxidationskatalysatortechnologie
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Zusammenfassung:
Aufgrund der abzusehenden Ressourcenerschöpfung von Kraftstoffen auf Mineralölbasis sowie deren erheblichem Beitrag zum Treibhauseffekt bei der Verbrennung werden vielfältige Untersuchungen angestrebt, Dieselmotoren mit Pflanzenölkraftstoffen zu betreiben. In der vorliegenden Arbeit wird das Betriebs- und Emissionsverhalten eines direkteinspritzenden Dieselmotors beim Betrieb mit unterschiedlichen Pflanzenölmethylestern untersucht. Es sind dies im einzelnen Sojamethylester, Kokosmethylester und Palmkernmethylester. Die Versuche wurden an einem aufgeladenen, direkteinspritzenden 3-Zylinder-Dieselmotor vom Typ MWM TD 226B-3 durchgeführt. Grundlage für die vergleichenden Untersuchungen ist die ISO/DIS 8178-4, nach welcher der Motor in einem 5-Stufen-Test betrieben wurde. Während der Abfolge von 5 definierten Last-Drehzahl-Kombinationen wurde neben den Betriebsdaten auch die Konzentration der gesetzlich limitierten, gasförmigen Abgasbestandteile Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickoxide sowie die Schwärzungszahl nach Bosch als Anhaltspunkt für die Partikelemission protokolliert. Hauptinhalt ist jedoch die Abgasprobennahme zum Zweck der Ermittlung der Emissionen der nicht limitierten Abgaskomponenten polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoff PAH sowie Aldehyde & Ketone. Hierfür wurden spezielle Probenahmevorrichtungen zur Verfügung gestellt. Die von der Arbeitsgruppe Organische Chemie durchgeführte nasschemische Analyse lieferte Ergebnisse, welche in geeigneter Form aufbereitet wurden. Die Wirksamkeit eines Oxidationskatalysators auf den Schadstoffausstoß wurde mituntersucht. Alle gewonnenen Ergebnisse für Betriebsverhalten, Schadstoffkonzentrationen und spezifische Schadstoffemissionen wurden rechnerisch und graphisch ausgewertet sowie in übersichtlicher Form dargestellt. Inhaltsverzeichnis:
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| 1. | Einleitung | 1 |
| 2. | Theoretische Grundlagen | 2 |
| 2.1 | Der vollkommene Dieselmotor | 2 |
| 2.2 | Der reale Motor | 3 |
| 2.3 | Gemischbildung im Dieselmotor | 4 |
| 2.3.1 | Luftverteilende Einspritzung | 5 |
| 2.3.1.1 | Direkteinspritzung | 5 |
| 2.3.1.2 | Indirekte Einspritzung | 6 |
| 2.3.2 | Wandverteilende Einspritzung | 8 |
| 2.4 | Verbrennung im Dieselmotor | 9 |
| 2.4.1 | Brennverlauf | 10 |
| 2.5 | Aufladung | 11 |
| 2.5.1 | Fremdaufladung, mechanische Aufladung | 11 |
| 2.5.2 | Abgasturboaufladung | 12 |
| 2.5.3 | Aufladung durch Druckschwingungen | 13 |
| 2.5.3.1 | Comprex-Aufladung | 15 |
| 3. | Abgasverhalten des Dieselmotors | 18 |
| 3.1 | Abgaszusammensetzung | 18 |
| 3.2 | Betrachtete Schadstoffe der unverbrannten Kohlenwasserstoffe Entstehung von Aldehyden & Ketonen sowie polyzyklischenaromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH) in Verbrennungsmotoren | 26 |
| 3.2.2 | Aldehyde & Ketone | 27 |
| 3.2.3 | Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe | 30 |
| 3.3 | Abgasnachbehandlung | 38 |
| 4. | Kraftstoffe | 41 |
| 4.1 | Dieselkraftstoff | 41 |
| 4.2 | Pflanzenöle als Kraftstoffe | 44 |
| 4.3 | Umesterung von Pflanzenölen am Beispiel von Rapsöl | 49 |
| 4.4 | Soja(ME-SJ)-, Palmkern(ME-PK)- und Kokos(ME-K)-Methylester | 53 |
| 5. | Versuchsaufbau | 56 |
| 5.1 | Dieselmotor MWM TD 226B-3 | 56 |
| 5.2 | Prüfstandsaufbau | 58 |
| 5.3 | Abgasmeßanlage | 60 |
| 5.3.1 | Nichtdispersiver Infrarot-Absorptions-Analysator (NDIRA) | 60 |
| 5.3.2 | Chemilumineszenz-Analysator (CLA) | 63 |
| 5.3.3 | Magnetischer Sauerstoff-Detektor | 64 |
| 5.3.4 | Flammenionisationsdetektor (FID) | 66 |
| 5.3.5 | Dieselrauchmeßgerät | 67 |
| 5.4 | Meßwertaufnehmer | 67 |
| 5.4.1 | Temperaturmessung | 67 |
| 5.4.2 | Druckmessung | 68 |
| 5.4.3 | Volumen- und Massenstrommessung | 68 |
| 6. | Versuchsdurchführung | 70 |
| 6.1 | Prüfverfahren : Der 5-Stufen-Test | 70 |
| 6.2 | Probennahme und Analyseverfahren | 72 |
| 6.2.1 | Bestimmung von Aldehyden und Ketonen | 72 |
| 6.2.2 | Bestimmung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH) | 78 |
| 6.3 | Inbetriebnahme | 83 |
| 7. | Ergebnisse | 85 |
| 7.1 | Aldehyde & Ketone | 85 |
| 7.2 | Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) | 97 |
| 7.3 | Betriebsverhalten | 107 |
| 8. | Zusammenfassung | 109 |
| 9. | Literatur | 111 |
| Anhang | ||
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