Durch den Einsatz von Partikelfiltern bei Dieselmotoren werden die Partikel unterschiedlicher Größe um bis zu 99 % reduziert. Die Berechnung von Partikelfiltern ist ein wichtiges Werkzeug für deren Auslegung in der Abgasanlage. Bereits bei der Dimensionierung kommt der Berechnung des Druckverlusts unter den vorgegebenen Betriebsbedingungen eine wichtige Bedingung zu. Dabei ist vor allem der Einfluß von Ruß- und Aschebeladung des Filters auf den Druckverlust von Bedeutung. Ein weiterer entscheidender Punkt ist die Berechnung der Ruß- und Ascheverteilung über den Querschnitt des Filters bei der Beladung. Damit lässt sich die Anströmung des Partikelfilters hinsichtlich einer gleichmäßigen Ruß- und Aschebeladung optimieren. Das in dem vorliegenden Artikel vorgestellte Modell zur Berechnung des Druckverlusts baut auf den Arbeiten von Konstandopoulos auf und wurde zur Beschreibung unterschiedlicher Ascheablagerungen weiterentwickelt. Dabei wird besonders berücksichtigt, dass sich die Asche sowohl an den filternden Wänden als auch im hinteren Bereich der Kanäle ablagern kann. Neben dem Druckverlust von filternder Wand, Ruß und Asche sowie dem Druckverlust der einströmenden und ausströmenden Kanäle wird auch der Druckverlust beim Kanaleintritt und -austritt berücksichtigt. Ein weiterer wichtiger Aspekt für den Betrieb von Partikelfiltern ist das örtliche Beladungs- und Regenerationsverhalten über die Filterlänge. Hierzu wurde ein detailliertes eindimensionales Simulationsmodell entwickelt, das die örtlichen Vorgänge in einem Kanal beschreibt. Aus den Material- und Impulsbilanzen für Einlass- und Auslasskanal sowie dem örtlichen Druckabfall in Ruß- und Wandschicht ergeben sich die örtlichen Geschwindigkeiten. Die auf ein adiabates Gesamtsystem bezogenen Energiebilanzen für die Kanäle, Rußschicht und Wandschicht berücksichtigen den konvektiven Transport, die Wärmeleitung sowie die örtlich entstehende Reaktionswärme bei der Regeneration. Durch Berücksichtigung der Bilanzen für die an der Reaktion beteiligten Abgaskomponenten wird z. B. eine örtliche Verarmung an Sauerstoff oder NO2 und deren Auswirkung auf das örtliche Reaktionsverhalten berücksichtigt. Mit diesem Modell lassen sich die örtlichen Geschwindigkeiten, die Rußablagerung und die örtlichen Reaktionsumsätze bei der Regeneration berechnen. Erfolgt z. B. an einer Stelle aufgrund der dort vorherrschenden Bedingungen eine lokale Regeneration, so wird sich neben der örtlichen Temperatur auch die örtliche Geschwindigkeitsverteilung deutlich ändern.
Berechnung / Simulation des Betriebsverhaltens von Partikelfiltern
Calculation / Simulation of performance of soot filters
2005
15 Seiten, 10 Bilder, 7 Quellen
Conference paper
German
Betriebsverhalten , Rußfilter , Rechnersimulation , Anwendung im Motorenbau , Kraftfahrzeugmotor , Dieselmotor , Auslegung (Dimension) , Druckverlust , Ruß , Asche , Abgasanlage , Anwendung im Fahrzeugbau , Betriebsbedingung , theoretisches Modell , Simulationsmodell , Strömungsvorgang , Strömungsgeschwindigkeit , Regeneration , Reaktionswärme , Energiebilanz , chemische Reaktion , Temperaturabhängigkeit , Druckabhängigkeit , Temperaturverteilung , Geschwindigkeitsverteilung , Abgastemperatur
Berechnung von Druckverlust, Russverteilung und Ascheverteilung in Partikelfiltern
Automotive engineering | 2005
|Langzeitstabilität von Partikelfiltern in Dieselmotoren
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