Forschung

Partikelanzahl in Motorabgasen

Die Abgase von Dieselfahrzeugen können Nanopartikel enthalten, die eine gesundheitsschädigende Wirkung haben. Um geeignete Maßnahmen zur Vermeidung von Partikelemissionen zu entwickeln, sind genaue und zuverlässige Verfahren zur Bestimmung der Partikelanzahl (PN) erforderlich. Die im Particle Measurement Programme (PMP) der europäischen Richtlinien ECE-R49 und 83 beschriebenen Verfahren weisen Probleme im Hinblick auf die Vergleichbarkeit und Wiederholbarkeit auf. Um diesen Problemen auf den Grund zu gehen, wurden diese Verfahren im Rahmen des FVV-Projekts an einem Motor- und an einem Modellgasprüfstand systematisch überprüft. Die Unterschiede bei den PMP-konformen Partikelzählern verschiedener Hersteller betrugen bis zu 15 Prozent für das gleiche Aerosol. Zur Reduzierung der Messunsicherheiten bietet es sich an, die Kalibriervorschriften zu überarbeiten und die Geräteparameter genauer zu definieren. Über diese Einzelkalibrierungen hinaus wird empfohlen, auch die Gesamtsysteme zu kalibrieren und die Systeme generell häufiger zu validieren.

» In diesem FVV-Projekt haben wir die Schwachstellen der Verfahren zur Bestimmung der Partikelanzahl in Motorabgasen identifiziert und Möglichkeiten zur Verbesserung aufgezeigt. Diese Ergebnisse liefern wichtige Impulse, um die Partikelemissionen von Verbrennungsmotoren zu bewerten. «
Dr. Harald Beck (MAN Truck & Bus AG)

Motivation

Nanopartikel im Dieselabgas von Verbrennungsmotoren stellen ein gesundheitliches Risiko dar. Um Reduktionsmaßnahmen zu definieren und zu kontrollieren, ist eine genaue Messung des Partikelausstoßes wichtig. Das Vorgehen dazu legt das Particle Measurement Programme (PMP) der europäischen Richtlinien ECE-R49 und 83 fest. Es birgt jedoch noch signifikante Probleme im Hinblick auf die Vergleichbarkeit und Wiederholbarkeit. Das FVV-Projekt zielte darauf ab, Fehlerquellen bei der Bestimmung der Partikelanzahl in Motorenabgasen nach PMP zu identifizieren.

Methodik

Zur Evaluierung des PMP dienten Messungen an einem Motor- und an einem Modellgasprüfstand. Im Aerosollabor wurden die Richtigkeit und die Reproduzierbarkeit der CPC- und VPR-basierten Partikelanzahlmessung (Condensation Particle Counter/Volatile Particle Remover) mit verschiedensten Modellaerosolen evaluiert. Zur Abtrennung flüchtiger Abgasbestandteile beim VPR-Verfahren kamen ein neu konstruierter Catalytic Stripper und eine Evaporation Tube zum Einsatz. Am Motorenprüfstand erfolgte ein simultaner Vergleich von vier Gesamtsystemen zur Anzahlbestimmung.

Ergebnis

Die Unterschiede bei den PMP-konformen Zählern verschiedener Hersteller betrugen bis zu 15 Prozent für das gleiche Aerosol. Variationen von bis zu 50 Prozent im CPC-Ansprechverhalten wurden für verschiedene flüchtige Partikelsorten festgestellt. Mittels Catalytic Stripper und Evaporation Tube war eine vollständige Abtrennung isolierter flüchtiger Abgaskomponenten aus dem Aerosolstrom möglich. Dabei waren jedoch VPR-Geräte verschiedener Bauart bzw. Hersteller nicht vergleichbar. Die Untersuchungen am Motorprüfstand zeigten neben Unterschieden des Gesamtzählwertes von +/– 20 Prozent systematische Einflüsse der Systemkomponenten. Zur Reduzierung der Messunsicherheiten bietet es sich an, die CPC-Kalibriervorschrift zu überarbeiten und die VPR-Geräteparameter genauer zu definieren. Neben diesen Einzelkalibrierungen sind eine Kalibrierung der Gesamtsysteme und eine häufigere Validierung der Systeme zielführend.

Dokumentation

PN-Messverfahren | Untersuchung und Bewertung verschiedener Methoden der Partikelanzahl Messung | Vorhaben-Nr. 1073

Themis

Status
Abgeschlossenes Projekt

Programm
Eigenmittel

Fördersumme
241.350,00 EUR

Laufzeit
01.07.2011 bis 30.06.2013

Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) e. V.

Lyoner Str. 18
60528 Frankfurt am Main
Deutschland

Industrie

Dr. Harald Beck
MAN Truck & Bus AG

Forschungststellen

1 | Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (LVK) | Technische Universität München (TUM)

Wissenschaftliche Leitung:
Prof. Dr.-Ing. Georg Wachtmeister

Wissenschaftlicher Mitarbeiter:
Dipl.-Phys. Thomas Maier

2 | Lehrstuhl für Analytische Chemie | Institut für Wasserchemie & Chemische Balneologie (IWC) | Technische Universität München (TUM)

Wissenschaftliche Leitung:
Prof. Dr. Reinhard Nießner

Wissenschaftliche Mitarbeiter:
Bettina Kiwull, M. Sc.
Jan-Christoph Wolf, M. Sc.

Technische Universität München (TUM)

Lehrstuhl für Verbrennungskraft­maschinen (LVK)

Arcisstr. 21
80333 Garching
Deutschland

Technische Universität München (TUM)

Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie (IWC)/Lehrstuhl für Analytische Chemie

Marchioninistr. 17
81377 München
Deutschland

Projektmanagement

Ralf Thee

FVV
+49 (0) 69 6603 1349
+49 (0) 69 6603 2349


Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Lyoner Straße 18
60528 Frankfurt am Main
Deutschland
T +49 69 6603 1345