Entstehung kleiner Ölaerosolpartikel am Kurbeltrieb eines schweren Nutzfahrzeugmotors mit Fokus auf der Kolben-Kolbenring-Laufbuchsen-Gruppe
Magnus Lukas Lorenz
Diese Publikation zitieren
Magnus Lukas Lorenz, Entstehung kleiner Ölaerosolpartikel am Kurbeltrieb eines schweren Nutzfahrzeugmotors mit Fokus auf der Kolben-Kolbenring-Laufbuchsen-Gruppe (2022), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832584221
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Beschreibung / Abstract
Im Güterverkehr prognostiziert das Bundesverkehrsministerium deutlich steigende Frachtzahlen in den nächsten zehn Jahren. Vor allem im schweren Nutzfahrzeugsegment wird der dieselmotorische Verbrennungsmotor die dominante Antriebstechnologie dafür sein.
Die großen Herausforderungen für Entwickler moderner Verbrennungsmotoren sind neben einer weiteren CO2-Absenkung die signifikante Reduktion der entstehenden Schadstoffemissionen. Dabei sind die Stickoxid- und Partikelemissionen speziell im Fokus heutiger Abgasgesetzgebungen in Europa, Nordamerika und China. Grundlegend können Partikelemissionen am Verbrennungsmotor über zwei Pfade austreten, erstens als aus dem Abgasnachbehandlungssystem entweichende Partikelemissionen und zweitens aus einer offenen Kurbelgehäuseentlüftung in Form von Ölaerosolen.
Diese Arbeit fokussiert sich auf den Ursprung der Ölaerosolemissionen und deren Parameter, unterhalb des unteren Effektivitätsgrenzdurchmessers moderner Abscheidesysteme. Dazu werden die Quellen der Ölaerosole in einem modernen dieselmotorischen Verbrennungsmotor lokalisiert und verglichen. Daraufhin werden die Entstehungsmechanismen der Hauptquelle analysiert und eine Parameterstudie zu typischen motorischen Betriebskenngrößen durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse werden auf ihre Übertragbarkeit auf andere Nutzfahrzeugmotoren überprüft und bewertet. Abschließend werden verschiedene Maßnahmen zur Entstehungsminderung und verbesserten Abscheidung experimentell untersucht.
Die großen Herausforderungen für Entwickler moderner Verbrennungsmotoren sind neben einer weiteren CO2-Absenkung die signifikante Reduktion der entstehenden Schadstoffemissionen. Dabei sind die Stickoxid- und Partikelemissionen speziell im Fokus heutiger Abgasgesetzgebungen in Europa, Nordamerika und China. Grundlegend können Partikelemissionen am Verbrennungsmotor über zwei Pfade austreten, erstens als aus dem Abgasnachbehandlungssystem entweichende Partikelemissionen und zweitens aus einer offenen Kurbelgehäuseentlüftung in Form von Ölaerosolen.
Diese Arbeit fokussiert sich auf den Ursprung der Ölaerosolemissionen und deren Parameter, unterhalb des unteren Effektivitätsgrenzdurchmessers moderner Abscheidesysteme. Dazu werden die Quellen der Ölaerosole in einem modernen dieselmotorischen Verbrennungsmotor lokalisiert und verglichen. Daraufhin werden die Entstehungsmechanismen der Hauptquelle analysiert und eine Parameterstudie zu typischen motorischen Betriebskenngrößen durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse werden auf ihre Übertragbarkeit auf andere Nutzfahrzeugmotoren überprüft und bewertet. Abschließend werden verschiedene Maßnahmen zur Entstehungsminderung und verbesserten Abscheidung experimentell untersucht.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- Vorwort des Herausgebers
- Vorwort des Autors
- Abstract
- Zusammenfassung
- Abkürzungsverzeichnis
- Formelzeichen
- Einleitung
- Kurbelgehäuseentlüftungsgasstrom und dessen Reinigung
- Entstehung des Kurbelgehäuseentlüftungsgasstromes in modernen Dieselmotoren
- Gesetzgebung zur Kurbelgehäuseentlüftung im Vergleich
- Entlüftungsstromreinigungssysteme nach Stand der Technik
- Definition des relevanten Ölpartikelspektrums
- Theoretischer Hintergrund der Ölpartikelformation
- Entstehungsmechanismen
- Zuordnung von Mechanismen und Orten zu Partikelspektren
- Messtechnik für kleine Ölaerosolpartikel
- Messverfahren und Messgeräte
- Entnahme- und Verdünnungssystem
- Verarbeitung der Messsignale
- Messdauer und Aussagefähigkeit
- Spezieller Messaufbau für Motoren mit großen Druckpulsationen
- Experimentelle Bestimmung der Aerosolquellen am Motor
- Auswahl des zu untersuchenden Motors
- Messaufbau des Vollmotors am Prüfstand
- Messergebnisse unter unterschiedlichen Motorbetriebsbedingungen
- Messungen entlang des Abscheidepfades
- Qualitative Messungen zur Identifikation der Hauptquellen
- Detailuntersuchung der Hauptquelle
- Messaufbau des Einzylindermotors am Prüfstand
- Experimentelle Parameterstudie an der Hauptquelle
- Hypothesen zur Aerosolentstehung an der Hauptquelle
- Verhalten nach motorlebensdauerabbildendem Dauerlauf
- Vergleichende Messungen an anderen Motoren
- Matrix der Vergleichsmotoren
- Vergleich der Partikelrohemissionen
- Maßnahmen zur Minderung der Aerosolentstehung und verbesserten Abscheidung an Verbrennungsmotoren
- Maßnahmen zur Entstehungsminderung
- Untersuchungen zur verbesserten Abscheidung
- Übersicht und Zusammenfassung der untersuchten Maßnahmen
- Diskussion der Ergebnisse
- Literatur
- Anhang
- Eigene Veröffentlichungen und Patente