Title: Neue Herausforderungen bei einem Abgasnachbehandlungssystem mit integrierter SCR/DPF-Kombination am PKW-Dieselmotor
Other Titles: New challenges for an exhaust aftertreatment system with an integrated SCR/DPF-combination on a passenger car diesel engine
Language: Deutsch
Authors: Woog, Thorsten 
Qualification level: Doctoral
Advisor: Geringer, Bernhard
Issue Date: 2014
Citation: 
Woog, T. (2014). Neue Herausforderungen bei einem Abgasnachbehandlungssystem mit integrierter SCR/DPF-Kombination am PKW-Dieselmotor [Dissertation, Techn. Universität Wien]. reposiTUm. https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-129160
Number of Pages: 167
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Die weltweiten Ziele zur Reduktion der durchschnittlichen CO2-Emission führen zu immer weiter abfallenden Abgastemperaturen. Für die katalytische Abgasnachbehandlung von Stickoxiden wird es dadurch deutlich schwieriger die gleichzeitig strenger werdenden gesetzlichen Emissionsgrenzwerte zu erfüllen. Motornahe SCR-Systeme spielen bei zukünftigen Abgasnachbehandlungskonzepten beim Dieselmotor eine entscheidende Rolle, um diesen gestiegenen Anforderungen begegnen zu können. Der Partikelfilter mit integrierter SCR-Beschichtung (SDPF) stellt dabei eine sehr zentrale Komponente dar. Dieser bietet für den Stickoxidumsatz ein deutlich höheres Temperaturniveau und die sehr engen Platzverhältnisse im Motorraum werden durch die Kombination der Filter- und SCR-Funktion optimal ausgenutzt. In dieser Arbeit wird zunächst auf neue Wechselwirkungen mit dem Gesamtsystem aus inner- und außermotorischer Abgasnachbehandlung eingegangen, wobei der Fokus auf der Kombination des motornahen SCR-Systems mit der Niederdruck-Abgasrückführung (ND-AGR) liegt. Hier ergeben sich aufgrund einer möglichen NH3-Rückführung und der Änderung der Zusammensetzung des zurückgeführten Abgases eine verstärkte N2O-Bildung sowie Auswirkungen auf die Stickoxidentstehung im Brennraum. Im Hochtemperaturbereich zeigen sich durch die Kombination beider Systeme ebenfalls starke Wechselwirkungen, die im Rahmen dieser Arbeit am Motorprüfstand und mit Hilfe der Simulation untersucht werden. Der SDPF besitzt im Vergleich zu einem konventionellen DPF eine deutlich höhere Porosität und einen größeren mittleren Porendurchmesser, um die sehr große Menge an SCR-Washcoat in der Filterwand unterbringen zu können. Es werden dabei die sehr starken Abhängigkeiten zwischen dem NOx-Umsatz, der Partikelabscheidung und dem Gegendruckverhalten des Filters im Rahmen dieser Arbeit näher betrachtet. Durch die Integration der SCR-Funktionalität auf dem Partikelfilter ergeben sich ebenfalls neue Wechselwirkungen durch den direkten Kontakt des Cu-Zeolith-Washcoats mit der sich in und auf der Filterwand ausbildenden Rußschicht. Der Einfluss der Dosierung der Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) auf den kontinuierlichen Rußabbrand wird anhand von Prüfstandmessungen und Simulationsrechnungen genauer untersucht. Darüber hinaus werden Reaktionen betrachtet, die sich aufgrund des dosierten Ammoniaks und den im Abgas enthaltenen Stickoxiden in Verbindung mit Ruß ergeben. Die Auswirkungen einer sich auf dem Filter ausbildenden Rußschicht auf den Stickoxidumsatz und die NH3-Speicherfähigkeit des SDPF bilden den Abschluss der durchgeführten Untersuchungen.

Because of global environmental issues, improved fuel economy and the reduction of mean CO2-emissions lead to further decreasing exhaust temperatures. For the catalytic exhaust aftertreatment it becomes increasingly difficult to fulfill the more stringent emission limits. In order to meet these challenges close coupled SCR-systems play an import role in future exhaust aftertreatment concepts for diesel engines. The particulate filter with SCR-coating (SDPF) is a central component for these systems. With this part there is a higher temperature level for NOx-reduction and the very tight space conditions in the motor compartment are optimal used. Within this work new interactions with the overall system of internal and external exhaust aftertreatment are discussed with a focus on the combination of the close coupled SCR-system with the LP-EGR. Because of returning ammonia and the change in the composition of the recirculated exhaust gas there is an increasing formation of dinitrogen oxide and effects on nitric oxide formation in the combustion chamber. At high temperatures also strong interactions arise by the combination of the two systems, which are investigated in this work on the engine test bench and using the simulation. In comparison with a conventional DPF, the SDPF has a significantly higher porosity and a larger average pore diameter to accommodate the very large amount of SCR-washcoat in the filter wall. There are very strong dependencies between the NOx-conversion, the particle separation and the back pressure behavior of the filter, which are regarded in this thesis in more detail. The integration of the SCR functionality on the particulate filter also results in new interactions of the Cu-zeolite washcoat with soot. The influence of the urea water solution dosage on the continuous soot regeneration effect is examined more closely by means of test bench measurements and simulations. In addition reactions are considered, which arise due to the ammonia dosing and the nitrogen oxides contained in the exhaust gas in combination with the soot loading. The effects of the soot layer on the NOx-conversion and on NH3-storagem capacity of the SDPF form the conclusion of this thesis.
Keywords: Dieselmotor; Abgasnachbehandlung; SCR; SDPF; DPF
diesel engine; exhaust aftertreatment; SCR; SCRF; DPF
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-129160
http://hdl.handle.net/20.500.12708/7800
Library ID: AC12014877
Organisation: E315 - Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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