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Emissionen

Mit der vorhandenen wissenschaftlichen Expertise und Laborausstattung können wir Ihnen Dienstleistungen vor allem in folgenden Bereichen anbieten:

  • Strukturelle Charakterisierung von Partikeln und Aerosolen
  • Strömungsanalyse mittels PIV, OFM
  • Messung der Partikelgrößenverteilung in Abgasen und Umgebungsluft
  • Analyse des Oxidationsverhaltens von Partikel
  • Aschebeladung von Abgasnachbehandlungskomponenten
  • FT-IR/Raman-Spektrometer mit optischer Sonde INVENIO-R /RAM II (Bruker Optik GmbH)
  • Simultane Thermische Analyse (TGA / DSC) STA 449 F5 – Jupiter (Netzsch GmbH)
  • Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) mit Konditioniereinheit (TSI GmbH)
  • DMS 500 Fast Particle Analyzer (Cambustion Ltd.., MS4-Analysentechnik GmbH)
  • PPS-M Partikelsensor (Pegasor)
  • PIV-Doppelbild-Kamera (LaVision Flow Master 3S)
  • Mini-CAST Aerosolgenerator (synthetischer Ruß) zur Erzeugung kontaminationsfreier Partikel mit reproduzierbaren physikochemischen Eigenschaften (Jing Aerosol Ltd)
  • System zur schnellen Alterung und Aschebeladung von Abgasnachbehandlungskomponenten

Ausgewählte Publikationen

C. Zöllner, H. Onoufrios, D. Brüggemann:
Effect of engine operating conditions on soot layer permeability and density in diesel particulate filters, In: International Journal of Engine Research (2019), doi:10.1177/1468087419847794


C. Zöllner:
Einsatz optischer und analytischer Methoden zur Bewertung des Betriebsverhaltens von Partikelfiltersystemen für die Anwendung im Verkehr. Berlin : Logos-Verlag , 2019 . - 165 S. - (Reihe: D. Brüggemann (Hrsg.): Thermodynamik – Energie, Umwelt, Technik ; 34), ISBN 978-3-8325-5032-5, Dissertation, 2019, Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften


C. Zöllner, D. Brüggemann:
Studies on the Influence of Engine Conditions and Different Ash Levels on the Regeneration Behavior of Particulate Filters. SAE Technical Paper 2018-01-1704,
doi:10.4271/2018-01-1704, September 2018


C. Zöllner, D. Brüggemann:
Optical and Analytical Studies on DPF Soot Properties and Consequences for Regeneration Behavior. SAE Technical Paper 2017-24-0126,
doi:10.4271/2017-24-0126, September 2017


W. Mühlbauer, C. Zöllner, S. Lehmann, S. Lorenz, D. Brüggemann:
Correlations between physicochemical properties of emitted diesel particulate matter and its reactivity. Combustion and Flame, vol. 167, pp. 39-51,
doi:10.1016/j.combustflame.2016.02.029, May 2016


W. Mühlbauer, U. Leidenberger, S. Lorenz, D. Brüggemann:
Optical Studies about the Influence of Diesel Engine Operating Parameters on the Physicochemical Properties of Emitted Soot Particles. SAE Int. J. Engines 6(3): pp. 1866-1876,
doi:10.4271/2013-24-0184, September 2013


U. Leidenberger:
Optische und analytische Untersuchungen zum Einfluss dieselmotorischer Parameter auf die physikochemischen Eigenschaften emittierter Rußpartikel. Dissertation, LTTT, Universität Bayreuth, 2013, Band 23 der Reihe: D. Brüggemann (Hrsg.): Thermodynamik - Energie, Umwelt, Technik.
ISBN 978-3-8325-3616-9, Logos-Verlag, Berlin, 2013


U. Leidenberger, W. Mühlbauer, S. Lorenz, S. Lehmann, D. Brüggemann:
Experimental Studies on the Influence of Diesel Engine Operating Parameters on Properties of Emitted Soot Particles. Combustion Science and Technology, Band 184, Issue 1, S. 1-15,
doi:10.1080/00102202.2011.611551, January 2012

Forschungsverbund „BayÖkotox“: Teilprojekt - Ökotoxikologische Effekte von Feinstaubpartikeln aus motorischen Verbrennungsprozessen auf InsektenEinklappen
Laufzeit 02/2020 - 01/2023
Finanzierung Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU)
Ansprechpartner Andreas Mittereder (M.Sc.)


Inhalte/Ziele:
Im Projekt werden erstmals die Effekte und Wirkmechanismen von luftgetragenen Schadstoffen aus dem Verkehr auf Insekten untersucht. Schwerpunkt werden Feinstaubpartikel aus motorischen Verbrennungsprozessen sein. Diese können aufgrund ihrer physiko-chemischen Eigenschaften negative Effekte auf Insekten und deren Gewebe haben und damit relevant für das „Insektensterben“ sein. Mittels realitätsnahen und hinsichtlich ihrer Größe und chemischen Zusammensetzung charakterisierten Partikeln aus motorischen Verbrennungsprozessen sollen ökotoxikologische Effekte auf die Dunkle Erdhummel Bombus terrestris untersucht werden und die Wirkmechanismen, wie solche Effekte vermittelt werden. B. terrestris soll als Modellorganismus für ökotoxikologische Untersuchungen weiterentwickelt und als Bioindikator etabliert werden, mit dem die Effekte luftgetragener Schadstoffe sowohl unter Laborbedingungen als auch im ökologisch relevanten Landschaftskontext charakterisiert werden können. Das Projekt soll zu einem besseren Verständnis der potenziellen negativen Auswirkungen von verkehrsbedingt entstehenden Feinstaubpartikeln beitragen sowie Impulse zur Weiterentwicklung technischer Lösungen geben.

Optische und chemische Analysen zum Einfluss motorischer Betriebsbedingungen auf die Charakteristik von Ruß- und Ascheeinlagerungen in DieselpartikelfilternEinklappen
Laufzeit 01/2016 - 12/2018
Finanzierung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Ansprechpartner Dipl.-Ing. Christian Zöllner

Inhalt/Ziele:
Die Weiterentwicklung der Abgasnachbehandlungskomponenten für Kraftfahrzeuge ist ein entscheidender Bestandteil der Forschung zur Einhaltung zukünftiger Abgasnormen. Bei der dieselmotorischen Verbrennung stehen besonders die Emissionen von Stickoxiden (NOx) und Partikeln im Blickpunkt. Durch innermotorische Maßnahmen allein lassen sich die Abgasnormen nicht einhalten, weshalb eine zusätzliche Abgasnachbehandlung unumgänglich ist. Zur Abscheidung von Feinstaub aus dem Abgas haben sich Dieselpartikelfilter (DPF) als die zuverlässigste Variante erwiesen. Im Falle von Wandstromfiltern lagern sich Partikel in den porösen Wänden und an den Innenseiten der wabenförmigen Einlasskanäle an. Mit zunehmender Beladung erhöht sich der Abgasgegendruck, was sich negativ auf die Motorleistung und den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Daher ist es notwendig, den Filter nach Überschreiten einer gewissen Beladungsmenge zu regenerieren. Nicht-oxidierbare Bestandteile bleiben dabei als Asche im Partikelfilter und beeinflussen die Filterlebensdauer damit erheblich.In diesem Projekt werden die Einflüsse von unterschiedlichen Betriebsgrößen (z.B. Drücke, Temperaturen und unterschiedliche motorische Betriebsparameter) auf das Einlagerungsverhalten der Partikel im Filter untersucht. Dabei soll vor allem die Ruß- und Ascheverteilung im Filter, die Rußstruktur, die anorganischen Bestandteile und die Reaktivität analysiert werden. Die Ergebnisse tragen entscheidend dazu bei, die Entwicklung von Partikelfiltern mit optimierter Regenerationsstrategie und niedrigen Abgasgegendrücken voranzutreiben. Dies hat zur Folge, dass der Kraftstoffverbrauch und somit die CO2-Emissionen von Personenkraftwagen vermindert werden können. Zudem bietet die Weiterentwicklung ein hohes Potential, um durch eine verlängerte Filterlebensdauer bei gleichzeitig erhöhter Effektivität in Zukunft Kosten und Material von Abgasnachbehandlungskomponenten einzusparen.Zum Erreichen dieser Ziele wird zunächst das Anströmverhalten vor dem Partikelfilter mittels Particle Image Velocimetry (PIV) am Motorprüfstand untersucht. Mit den Ergebnissen lassen sich erste Erkenntnisse zum Beladungs- und Regenerationsverhalten unter verschiedenen Randbedingungen gewinnen. Zudem werden in Langzeitversuchen Partikelfilter unter ausgewählten Betriebsbedingungen beladen. Mit einem Schnellveraschungssystem werden zudem real veraschte DPFs untersucht und dabei zeit- und kostenintensive Beladungsvorgänge am Prüfstand verkürzt. Die eingelagerte Ruß-/Aschemenge wird anschließend mit einer Vielzahl analytischer Messmethoden charakterisiert. Damit werden die Einflüsse unterschiedlicher motorischer Betriebsparameter auf das Partikel-Einlagerungsverhalten und die Ruß- und Aschecharakteristik quantifiziert. In weiteren Untersuchungen an einem Mini-CAST Rußgenerator wird die Vergleichbarkeit mit der realen Beladungsprozedur am Motorprüfstand geprüft.

Untersuchungen zum Einfluss dieselmotorischer Betriebsparameter auf die Eigenschaften emittierter PartikelEinklappen
Laufzeit 08/2009 - 10/2015
Finanzierung Deutsche Förderungsgemeinschaft (DFG)
Ansprechpartner Dipl.-Ing. Christian Zöllner


Ergebnisse:
Mit der Weiterentwicklung von Dieselmotoren verändern sich die bei der Verbrennung entstehenden Rußpartikel in ihrer Menge, Größe, Morphologie und chemischen Zusammensetzung. Jüngere Studien deuten darauf hin, dass die veränderten Eigenschaften der Rußpartikel eine erhöhte Gefährdung für Mensch und Umwelt nach sich ziehen können. Die Mehrzahl der bisherigen Forschungsarbeiten zielt auf das Verständnis der Rußentstehung im Motor, die innermotorische Verringerung der Rußemissionen, die Abgasnachbehandlung und im biowissenschaftlichen Forschungsumfeld auf die Auswirkungen verschiedener Ruße auf Umwelt und Gesundheit ab. 
In den ersten Projektjahren wurden erstmals für eine gezielte Auswahl an stationären motorischen, für Verbrennung und Rußbildung relevanten Parametern (Einspritz-, Ladeluftdruck) die Analysen der Gemischbildung, der Verbrennung und der physikochemischen Eigenschaften emittierter Rußpartikel miteinander verknüpft. 
Im Fortsetzungsvorhaben wurden die Untersuchungen von stationären Betriebspunkten auf transiente Betriebsszenarien erweitert, da der instationäre Betrieb im realen Straßenverkehr die weitaus wichtigere Rolle spielt. Zudem wurde der Fokus bei der Analyse der physikochemischen Eigenschaften vor allem auf die Reaktivität der abgeschiedenen Partikel und dessen Ursache gelegt, da bei heutigen Kraftfahrzeugen mit modernen Dieselmotoren Partikelfilter eingesetzt werden, um die strengen, gesetzlich vorgeschriebenen Partikelgrenzwerte einhalten zu können. Zudem sind die genauen Kenntnisse über den Einfluss von stationären und transienten Betriebsweisen auf die Reaktivität der eingelagerten Partikel sowie die Ursachen für die Reaktivitätsunterschiede bei der effizienten Regeneration von Dieselpartikelfiltern von entscheidender Bedeutung. 
Die Projektergebnisse zeigen, dass motorische Parameter, wie der Einspritzdruck und der Ladeluftdruck, einen starken Einfluss auf die physikochemischen Eigenschaften der emittierten Partikel im stationären Betrieb als auch im transienten Betrieb haben. Durch die Verknüpfung der Analysen von Gemischbildung, Verbrennung und emittierten Rußpartikel können Ursachen für diese veränderten physikochemischen Eigenschaften der Partikel aufgezeigt werden.

Verbundvorhaben: Untersuchung der Rußreaktivität von Biokraftstoffen; Teilvorhaben 2: Motorische UntersuchungenEinklappen
Laufzeit03/2012 - 10/2014
FinanzierungFachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. (FVV)
ProjektpartnerIWC/TU München, München; ICVT/Uni Stuttgart, Stuttgart; Fachbereich D-Abteilung Maschinenbau/Bergische Universität Wuppertal, Wuppertal
AnsprechpartnerDipl.-Ing. Christian Zöllner


Ergebnisse:
Im Rahmen dieses Projektes wurden Untersuchungen zur Reaktivität verschiedener Ruße durchgeführt. 
Hierfür wurde der Einfluss verschiedener biogener Kraftstoffe bei unterschiedlichen Einspritz- und Ladeluftdrücken auf einzelne Teilprozesse der motorischen Wirkkette an einem optisch-zugänglichen Einzylinder-Dieselmotor betrachtet. Zudem wurde der Einfluss der unterschiedlichen Kraftstoffe und Motorparameter auf die Partikelgrößenklassenverteilung und -masse an einem Serienmotor untersucht.

Die erzeugten Rußproben vom Serienmotor wurden außerdem mit Hilfe der Temperatur-Programmierten-Oxidation und der Thermogravimetrischen Analyse untersucht. Diese ergeben eine höhere Reaktivität für die biogenen Kraftstoffe sowie für höhere Einspritz- und Ladeluftdrücke. 
Die Raman-Analysen dieser verschiedenen reaktiven Ruße lassen sehr ähnliche Mikrostrukturen erkennen. Ruß in DPF-Segmenten zeigt nach Teilregeneration keine Graphitisierung, sondern eine konstante strukturelle Ordnung (Raman-Analyse). 
Mit Hilfe isothermer Regenerationsexperimente konnte die Reaktivität der verschiedenen Ruße verglichen und deren Kinetikdaten bestimmt werden. So war es möglich mit einem Simulationsmodell den Rußabbrand nachzubilden. Außerdem wurden Diffusionskoeffizienten von Dieselpartikelfilterwand und Rußschicht bestimmt. 
Ferner sollte ein numerisches Rechenmodell entwickelt werden, mit dessen Hilfe der instationäre Vorgang einer diffusiven, mehrkomponentigen und reaktiven Gasbewegung innerhalb der Rußschicht simuliert werden kann.

Ein langjähriger Schwerpunkt ist die Charakterisierung von Aerosolen und Partikelemissionen. In diesem Zusammenhang werden die Auswirkungen von Verbrennungsprozessen auf die Eigenschaften der emittierten Partikel untersucht. Dabei spielen Kraftstoffe unterschiedlicher Aggregatszustände auf fossiler und alternativer Basis eine Rolle. Ein weiterer Forschungsinhalt sind Feinstaub-Messungen an verfahrenstechnischen Anlagen oder im Zuge von Untersuchungen zur Luftreinhaltung. Aufgrund der chemischen und physikalischen Vielfalt der Partikel kommen zur Charakterisierung eine Vielzahl an analytischen und optischen Messmethoden zum Einsatz, wie die folgende Auswahl zeigt:

  • Mikroskopie (REM, TEM)
  • Raman-Spektroskopie
  • Thermogravimetrie
  • FTIR
  • Partikelzahlgeräte (SMPS, DMS)

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Christian Zöllner