Dieselmotoremissionen aus der Verbrennung von Biodiesel und verschiedenen fossilen Dieselkraftstoffen unter besonderer Berücksichtigung der Partikelemissionen

Stein, Hendrik

doi:10.24355/dbbs.084-200805190200-0

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Dieselmotoremissionen aus der Verbrennung von Biodiesel und verschiedenen fossilen Dieselkraftstoffen unter besonderer Berücksichtigung der Partikelemissionen

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In der vorliegenden Arbeit wurden Partikeleemissionen aus der motorischen Verbrennung von verschiedenen Dieselkraftstoffen in Nutzfahrzeugmotoren der Abgasstufen EURO II und EURO III, einer differenzierten physikalischen und chemischen Charakterisierung unterzogen. Hierzu standen insgesamt acht verschiedene Kraftstoffe zur Verfügung, wobei es sich um vier herkömmliche Dieselkraftstoffe, zwei Biodiesel auf Rapsölbasis, einen schwedischen MK1-Kraftstoff und einen synthetischen GTL-Kraftstoff handelte. Neben den gesetzlich limitierten Abgaskomponenten Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und Partikelmasse wurden Partikelgrößen- und –anzahlverteilungen mittels Impaktor, ELPI und SMPS bestimmt. Darüber hinaus wurden partikelgebundene PAK-Emissionen für unterschiedliche Partikelgrößenklassen untersucht. Es fand sich kein größenspezifisches PAK-Spektrum, welches spezielle polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe in bestimmten Größenbereichen bevorzugte oder benachteiligte. Phenanthren und Pyren waren unabhängig von der Größenklasse bei allen Kraftstoffen die dominierend an der Partikelphase des unverdünnten Abgases adsorbierten PAK. Abhängig vom jeweils untersuchten Abgasparameter ergaben sich Resultate, die für die einzelnen Kraftstoffe sowohl zu Emissionsvor- als auch zu Emissionsnachteilen führten. Abgesehen von einer signifikanten Verschlechterung in Bezug auf die Stickoxidemissionen und punktuellen Erhöhungen bei den Partikelanzahlkonzentrationen, konnte der regenerative Kraftstoff Biodiesel bei beiden Motoren zu erheblichen Verbesserungen des Emissionsverhaltens beitragen. Auch für GTL fielen die Verbesserungen des Emissionsverhaltens in der Summe eindeutig positiv aus. Beide Kraftstoffe unterstreichen die Bedeutung und das Potenzial einer systematischen Kraftstoffforschung als Beitrag zur weiteren Reduktion der Abgasemissionen bei der motorischen Verbrennung.

In the present work particle emissions from the combustion of different diesel fuels in heavy duty engines certified according to European emission regulations EURO II and EURO III were analysed. For this four common diesel fuels, two biodiesels on the basis of rape seed oil, one Swedish MK1 fuel and one GTL fuel were available. Beside the lawfully regulated emissions like carbon monoxide, hydrocarbons, nitrous oxides and particulate matter, particle size and number distributions were measured as well with low pressure impactor, ELPI and SMPS systems. Additionally particle bound polycyclic aromatic hydrocarbons were determined for varying particle size classes. It could not be found that subject to the particle size specific PAH emission patterns occur. Independent of the particle size or the used fuel phenanthrene and pyrene were the dominant PAH compounds adsorbed at the particle phase of the exhaust emissions. Related to the investigated exhaust parameters, advantages and disadvantages for the individual fuels were observed. Except for lifted nitrous oxide emissions and selectively higher particle number concentrations the regenerative fuel biodiesel accounted for significant improvements according to the emission behaviour for both engines. The influence of GTL on the overall considered emissions was positive as well. Both fuels underline the importance of research in the fuels sector and the need to comprehend fuels as a general design element for engine development and the further reduction of exhaust emissions.