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Dieselpartikelfilter: Abgasnachbehandlung zur Verringerung von Rußemissionen
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Katalogauszüge

Dieselpartikelfilter: Abgasnachbehandlung zur Verringerung von Rußemissionen - 1

A tognum Group Brand Motortechnologie Dieselpartikelfilter: Abgasnachbehandlung zur Verringerung von Rußemissionen Autoren: Guido Schäffner Konstruktion Abgasnachbehandlung Klaus Rusch Konstruktion Abgasnachbehandlung Dr. Daniel Chatterjee Vorentwicklung Abgasnachbehandlung Dr. Günter Zitzler Thermodynamik und Aufladesysteme www.mtu-online.com Das Abgas eines Dieselmotors kann mit Dieselpartikelfiltern (DPF) weitgehend von Rußpartikeln (PM) gesäubert werden. Damit können sehr strenge Emissionsrichtlinien erfüllt werden. Unabhängig vom Emissionsgrenzwert kommt der Dieselpartikelfilter dem Wunsch von Betreibern entgegen, die Wert auf äußerst niedrigen Rußausstoß legen. Weniger Ruß dank Dieselpartikelfilter Die Emissionsvorschriften für Dieselmotoren werden weltweit immer strenger. Das macht Anpassungen an den Antrieben erforderlich. Dabei strebt MTU grundsätzlich an, den Schadstoffausstoß durch innermotorische Maßnahmen zu verringern. Je nach Höhe der Grenzwerte kann dadurch oftmals auf einen Dieselpartikelfilter verzichtet werden. Allerdings sind Rußpartikel- und Stickoxidbildung bei der innermotorischen Reduzierung aneinander gekoppelt — werden bei der Verbrennung weniger Partikel erzeugt, steigt die Stickoxidmenge und umgekehrt. Bei sehr strengen Emissionsanforderungen ist daher ein zusätzlicher Dieselpartikelfilter notwendig. Er entfernt 90 Prozent und mehr der Rußpartikel aus dem Abgas. Eine sehr strikte Emissionsvorgabe tritt beispielsweise im Jahr 2012 für Diesellokomotiven in Europa in Kraft. Die Norm EU Stage IIIB verringert den zulässigen Partikelausstoß von derzeit 0,2 g/kWh um beinahe 90 Prozent auf 0,025 g/kWh. Um diese Werte zu erreichen,

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Dieselpartikelfilter: Abgasnachbehandlung zur Verringerung von Rußemissionen - 2

rüstet MTU den neuen Motor der Baureihe 4000 für Bahnanwendungen mit einem Parti­ kelfilter aus; die Stickoxide werden im Gegen­ zug rein innermotorisch durch den Einsatz einer gekühlten, von MTU patentierten Spender­ ylinder-Abgasrückführung von z 6,0 g/kWh auf 3,5 g/kWh reduziert. Abb. 1: Integration des Dieselpartikelfilters in das Motorkonzept MTU legt den Dieselpartikelfilter auf geringen Bauraumbedarf aus, so lässt er sich sehr kompakt in das Antriebspackage integrieren, hier am Beispiel des neuen Bahnmotors der Baureihe 4000 für die Emissionsstufe EU IIIB. Aufgrund seiner umfassenden...

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Dieselpartikelfilter: Abgasnachbehandlung zur Verringerung von Rußemissionen - 3

Abb. 3: Diagramm „Passive DPFRegenerationsstrategie“ Bei normalen Betriebszuständen reichen die Abgastemperaturen des Motors für einen kontinuierlichen Rußabbau im Dieselpartikelfilter aus. Bei besonderen Bedingungen wird die Regeneration durch Thermomanagement unterstützt und die Abgastemperatur und damit der Rußabbrand deutlich erhöht. über die DPF-Substrate erfasst. Falls erforderlich, wird durch innermotorisches Thermomanagement die Abgastemperatur und damit der Rußabbrand kurzzeitig deutlich erhöht (Abb. 3). Abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt kommen dazu eine Reduzierung des...

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Dieselpartikelfilter: Abgasnachbehandlung zur Verringerung von Rußemissionen - 4

Glossar Aktive Regeneration Läuft ein Motor oft unter sehr geringer Belastung, kann die Abgastemperatur so weit abfallen, dass eine kontinuierliche Regeneration nicht mehr vollständig gewährleistet ist. Um unter solchen Betriebsbedingungen die Über­ ladung des Dieselpartikelfilters zu vermeiden, muss kurzfristig zusätzliche Wärmeenergie in das Abgas eingebracht werden. Das kann zum Beispiel mit einer oder mehreren späten Nacheinspritzung(en) von Kraftstoff in den Brennraum oder einer nachmotorischen Kraftstoffeinspritzung direkt in C CO2 H2O HC O2 Kohlenstoff Kohlenstoffdioxid Wasser...

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Dieselpartikelfilter: Abgasnachbehandlung zur Verringerung von Rußemissionen - 5

Glossar Passive Regeneration/CRT-Effekt (Continuous Regeneration Trap) MTU nutzt den CRT-Effekt zur Regeneration des Dieselpartikelfilters. Er basiert auf chemischen Reaktionen, die im Abgasnachbehandlungssystem des Motors ablaufen. Zunächst wird am Oxidationskatalysator Stickstoffdioxid (NO2) aus dem Stickstoffmonoxid (NO) im Abgas gewonnen. Im Dieselpartikelfilter kehrt sich der Vorgang um, wobei der im Diesel­ artikelp C CO CO2 H2O HC NO NO2 Kohlenstoff Kohlenmonoxid Kohlenstoffdioxid Wasser Kohlenwasserstoff Stickstoffmonoxid Stickstoffdioxid filter eingelagerte Ruß kontinuierlich...

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Dieselpartikelfilter: Abgasnachbehandlung zur Verringerung von Rußemissionen - 6

Glossar Bildnachweis: Seite 1 bis 6, Adam Wist für MTU Friedrichshafen GmbH. Geschlossener Dieselpartikelfilter Bei einem geschlossenen Dieselpartikelfilter wird der gesamte Abgasstrom durch die feinporigen Keramikwände des Filterelements geleitet. Damit sind sehr hohe Partikelreduktionsraten von über 90 Prozent möglich. Allerdings muss die Filterregeneration in den verschiedensten Einsatzfällen des Motors gewährleistet sein, um eine Überladung zu vermeiden. Ein dadurch bedingter hoher Abgasgegendruck würde zu einem Mehrverbrauch des Antriebs und schlimmstenfalls zu Schäden am Motor und...

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