Reaktivität von Partikeln aus Ottomotoren: Beziehung zu Partikeleigenschaften und motorische Einflussparameter

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Koch; Professor Dr. Rainer Suntz; Professor Dr.-Ing. Dimosthenis Trimis
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik ; Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316493809

Die Reaktivität von Rußpartikeln hinsichtlich Oxidation ist ein Maß für die Reaktionsgeschwindigkeit der Oxidation mit z.B. O2 oder NO2. Dieser für die Regeneration von Partikelfiltern in Diesel- oder Ottomotoren (DPF oder GPF) wesentliche Parameter ist gegenwärtig aufgrund nur unvollständig bekannter Einflussgrößen und Reaktionsmechanismen eine kaum voraussagbare Eigenschaft solcher Partikeln. Wichtige Einflussgrößen auf die Reaktivität von Rußpartikeln im für die Regeneration von Partikelfiltern relevanten Temperaturbereich wurden in einem dem beantragten Forschungsvorhaben vorausgehenden zweijährigen Forschungsprojekt aufgeklärt.In diesen Vorarbeiten wurde als dominierende Eigenschaft für die Reaktivität die Ausdehnung der Graphenschichten innerhalb der Primärpartikeln identifiziert. Weiter konnte durch den Vergleich von Rußpartikeln aus einem GDI-Motor mit solchen aus einem Modellbrenner und die Modifizierung der Reaktivität durch die Motorbetriebsbedingungen bzw. die Synthesebedingungen gezeigt werden, dass motorische Rußpartikeln hinsichtlich der Reaktivität gegenüber der Oxidation durch Partikeln aus Modellbrennern abgebildet werden können. Schließlich wurde gezeigt, dass durch laser-optische in-situ Methoden Informationen über die Reaktivität von Rußpartikeln während der Entstehung und der Nachoxidation zu erhalten sind. Mit den laser-optischen Methoden ist somit eine in-situ Charakterisierung der Reaktivität von Rußpartikeln möglich.Hauptziel des hier beantragten Forschungsvorhabens ist die weitere Aufklärung des Einflusses von motorischen Betriebsparametern auf die Reaktivität von Rußpartikeln aus direkt einspritzenden Ottomotoren. Das Vorhaben baut auf den in den vorangehenden Arbeiten gewonnenen grundlegenden Erkenntnissen über die Eigenschafts-Reaktivitäts-Beziehungen auf, die im weiteren Verlauf des Vorhabens detailliert werden sollen. Insbesondere sollen bisher nicht behandelte Fragestellungen wie die Rolle von aromatischen und sauerstoffhaltigen Brennstoffkomponenten untersucht werden und die gewonnenen Erkenntnisse in physikalisch-chemische basierte Modelle für die Anwendung in GPFs einfließen. Weiterhin sollen aus den Experimenten kinetische Ansätze für die Oxidation der Rußpartikeln entwickelt werden, die in Abbrandmodellen für GPF-Partikelfilter Anwendung finden. Ebenso soll die Vergleichbarkeit von Partikeln aus dem DI-Ottomotor unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen mit Partikeln aus dem Modellbrennersystemen hinsichtlich von über die Nanostruktur hinausgehenden Eigenschaften vertieft werden. Wichtiges Teilziel ist, die nano-strukturellen Eigenschaften der Rußpartikeln, die für deren Reaktivität in den Vorarbeiten identifiziert wurden, in-situ im Motor und im Abgastrakt durch optische Verfahren zu verfolgen. Damit besteht die Möglichkeit, die Reaktivität der Rußpartikeln mit Hilfe von Motorparametern und das Abbrandverhalten der Partikeln auf den Rußfiltern zu programmieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Henning Bockhorn; Dr.-Ing. Heiko Kubach; Dr.-Ing. Alexandra Loukou