Johannes Schaller

Diesel Engine Exhaust Emissions

The direct release of exhaust gas components from combustion processes into the environment, i.e. emission, is the primary and most important process in the chain of emission, transmission, pollutant input and impact. Naturally, a basic distinction is made between emissions from vegetation, oceans, volcanic activity or biomass decomposition for instance and anthropogenic emissions, i.e. emissions caused or influenced by humans, from power generation, traffic, industry, households and farming for instance. The following deals exclusively with anthropogenic emissions from diesel engine combustion processes. Figure 15.1 depicts the functional chain with the major anthropogenic sources [15-1]. Exhaust gas components may be harmful or harmless as well as gaseous, liquid or solid.

Shock waves generated by high-pressure fuel sprays directly imaged by x-radiography.

Synchrotron x-radiography and a novel fast x-ray detector are used to visualize the detailed, time-resolved structure of the fluid jets generated by a high pressure diesel-fuel injection. An understanding of the structure of the high-pressure spray is important in optimizing the injection process to increase fuel efficiency and reduce pollutants. It is shown that x-radiography can provide a quantitative measure of the mass distribution of the fuel. Such analysis has been impossible with optical imaging due to the multiple-scattering of visible light by small atomized fuel droplets surrounding the jet. In addition, direct visualization of the jet-induced shock wave proves that the fuel jets become supersonic under appropriate injection conditions. The radiographic images also allow quantitative analysis of the thermodynamic properties of the shock wave.

Abgasemission von Dieselmotoren

Die direkte Abgabe der Abgaskomponenten aus Verbrennungsvorgangen an die Umgebung, d. h. die Emission ist der primare und wichtigste Prozess in einer Wirkkette von der Emission uber die Transmission zur Immission und Wirkung. Grundsatzlich unterscheiden wir naturliche Emissionen, z. B. aus der Vegetation, von Meeren, aus der Vulkanaktivitat oder aus der Faulnis von Biomasse, und sog. anthropogene, d. h. vom Menschen verursachte oder beeinflusste Emissionen, wie z. B. bei der Energieerzeugung, dem Verkehr, der Industrie, dem Haushalt und der Landwirtschaft. Wir beschaftigen uns nachfolgend ausschlieslich mit den anthropogenen Emissionen aus dem Verbrennungsvorgang des Dieselmotors. Bild 15-1 zeigt diese Wirkungskette mit den wichtigsten anthropogenen Quellen [15-1]. Die Abgaskomponenten konnen sowohl schadlich als auch unschadlich sowie gasformig, flussig oder fest sein.

Applikation von Dieselmotoren

Nach einer allgemeinen Definition der Aufgabe „Applikation“ wird das Basis-Vorgehen bei Steuerungs- und Regelungsaufgaben beschrieben. Moderne modellbasierte Regelungsverfahren – basierend auf physikalischen Modellen – werden im Anschluss erlautert. Die erforderlichen Applikationstools und Prufstande werden vorgestellt und moderne Versuchsmethoden – basierend auf statistischen Modellen – werden betrachtet. Zum Abschluss wird der Ablauf eines typischen Applikationsprojektes skizziert.

Abgasnachbehandlung in Dieselmotoren

Bisher wurde die Emissionsminderung beim Dieselmotor vorwiegend durch inner motorische Masnahmen bewirkt. Bei vielen Diesel-Fahrzeugen werden die vom Motor freigesetzten Emissionen (Rohemissionen) jedoch die zukunftig in Europa, den USA und Japan geltenden Emissionsgrenzwerte uberschreiten. Die erforderlichen hohen Minderungsraten lassen sich voraussichtlich nur durch eine effiziente Kombination von innermotorischen und nachmotorischen Masnahmen erreichen. Analog zur bewahrten Vorgehensweise bei Benzinfahrzeugen werden deshalb auch fur Dieselfahrzeuge verstarkt Systeme zur Abgas - nachbehandlung (nachmotorische Emis sions minderung) entwickelt.

Abgasnachbehandlung für Dieselmotoren

Bisher wurde die Emissionsminderung beim Dieselmotor vorwiegend durch innermotorische Masnahmen bewirkt. Bei vielen Diesel-Fahrzeugen werden die vom Motor freigesetzten Emissionen (Rohemissionen) jedoch die zukunftig in Europa, den USA und Japan geltenden Emissionsgrenzwerte uberschreiten. Die erforderlichen hohen Minderungsraten lassen sich voraussichtlich nur durch eine effiziente Kombination von innermotorischen und nachmotorischen Masnahmen erreichen. Analog zur bewahrten Vorgehensweise bei Benzinfahrzeugen werden deshalb auch fur Diesel fahrzeuge verstarkt Systeme zur Abgasnachbehandlung (nachmotorische Emissionsminderung) entwickelt.

Exhaust-gas treatment

In the past, diesel-engine emissions were minimized mainly by measures implemented inside of the engine. However, the untreated emissions produced by many diesel-engined cars will exceed future emission limits in Europe, the U.S.A., and Japan. The high minimization rates required will presumably only be achievable by an efficient combination of measures inside and downstream of the engine. For this reason, intense development work is also ongoing on exhaust-gas treatment systems for diesel engines in analogy to tried and tested processes for gasoline engines.