Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Neben dem Nutzfahrzeugbereich findet der Dieselmotor verst\u00e4rkt in Personenkraftwagen und Kleintransportern als wirtschaftlich \u00fcberlegenes Antriebsaggregat Anwendung. Da aber ein moderner Dieselmotor (Euro IV) im Vergleich zum Ottomotor immer noch bis zu 15-mal mehr krebserregende Emissionen ausst\u00f6\u00dft wird an der Reduzierung dieser Emissionen intensiv gearbeitet. Eine effektive Ma\u00dfnahme zur Re-duzierung der Ru\u00dfpartikel stellt der Einsatz von Partikelfiltersystemen dar.
\nUm die Funktionsf\u00e4higkeit eines solchen Partikelfiltersystems kontinuierlich zu \u00fcberwachen, ist es notwendig eine Vorrichtung (PM-Sensor) hinter den Partikelfilter zu schalten, die in der Lage ist die Funktionsst\u00f6rung am Filter und die damit verbundene Erh\u00f6hung der Partikelemission zu erkennen und anzuzeigen (On-Board-Diagnosesystem OBD, On-Board-Messsystem OBM).
\nDas Gesamtziel des Verbundprojektes ist die \u00dcberpr\u00fcfung und Bewertung von zwei Sensor-Prinzipien auf ihre Eignung zur \u00dcberwachung der Partikel-Emissionen auf der Basis eines Partikelmassensensors (PMS).<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZwei ausgew\u00e4hlte Sensorprinzipien (Ru\u00dfladungssensor, Durchschlagsspannungssensor) wurden in zwei technischen Ausf\u00fchrungen dargestellt werden. Daf\u00fcr wurden von den jeweiligen Sensorentwicklern Funktionsmuster bereitgestellt. Diese Funktionsmuster wurden entsprechend eines vereinbarten Untersuchungsprogramms unter einheitlichen und vergleichbaren Bedingungen auf dem Motorenpr\u00fcfstand mit Vergleichsmesstechnik getestet und eine Korrelationsanalyse durchgef\u00fchrt. F\u00fcr die Sensoren wurde im Anschluss ein Redesign mit Pr\u00fcfung beim Sensorentwickler sowie ein erweiterter Funktionstest durchgef\u00fchrt.
\nBisher gab es von den beiden m\u00f6glichen Verfahren zur On-Board-Partikelmessung nur Labormuster, die f\u00fcr hohe Partikelkonzentrationen getestet wurden. Die ausgew\u00e4hlten Verfahren sollten f\u00fcr die Anwendung bei niedrigeren Partikelkonzentrationen unter Ber\u00fccksichtigung der Abgaseigenschaften (Temperatur, Geschwindigkeit, Feuchtigkeit, Druck, Abgaszusammensetzung) f\u00fcr den Fahrzeugeinsatz untersucht werden. Die Signalempfindlichkeit und Reproduzierbarkeit wurden mit Hilfe von ESC -Zyklen mit verschiedenen Konfigurationen der Abgasanlage durchgef\u00fchrt.
\nDie erarbeiteten Ergebnisse sollen vorrangig zur Darstellung der M\u00f6glichkeiten einer \u00dcberwachung der zuk\u00fcnftig eingesetzten Partikelfiltersysteme durch die Messung der Ru\u00dfkonzentration dienen. Diese Sensoren erm\u00f6glichen eine Eind\u00e4mmung der umweltsch\u00e4dlichen Auswirkung bei Ausfall des Systems.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Ergebnis der durchgef\u00fchrten Untersuchung wurde f\u00fcr beide Sensoren eine beachtlich technische Weiterentwicklung der Messverfahren erzielt. Es erfolgte die Applikation im Abgasstrang eines Dieselmotors und die Einbindung der Messsignale in die vorhandene Pr\u00fcfstandperipherie.
\nEs wurden mehrere Messkampagnen mit unterschiedlichen Aufgabenstellungen durchgef\u00fchrt, wie z. B.: die \u00dcberpr\u00fcfung der Korrelation des Messsignals zu etablierten Messverfahren (gravimetrische Partikelmessung, Opazit\u00e4t und Bosch-Schw\u00e4rzung), die Beurteilung des Ansprechverhaltens bei Ver\u00e4nderung der Ru\u00dfkonzentration und die \u00dcberpr\u00fcfung von Quereinflussfaktoren (Temperatur, Abgasvolumenstrom, gasf\u00f6rmige Emissionen).
\nF\u00fcr den Ru\u00dfladungssensor konnte eine hohe Korrelation zu den etablierten Messverfahren im station\u00e4ren Versuch beobachtet werden. Bei der Korrelation zur Gravimetrie wurde ein Bestimmtheitsma\u00df von r\u00b2 = 0,97 ermittelt. F\u00fcr den Durchschlagsspannungssensor konnte eine Korrelation mit r\u00b2 = 0,62 ermittelt werden.
\n Ebenfalls unterscheiden sich die Sensoren erheblich in ihrer Empfindlichkeit auf die Variation der Ru\u00dfkonzentration. Hierbei konnte festgestellt werden, dass bei schlagartiger Ver\u00e4nderung der Ru\u00dfkonzentration das Signal des Ru\u00dfladungssensors deutlich dem gemessen Verlauf der Opazit\u00e4t folgt. Beim Durchschlagspannungssensor wurde die \u00c4nderung nur als Signal-Peak festgestellt mit hoher Korrelation zur Abgastemperatur.
\nPrinzipbedingt sind beide Signale von den Parametern, Abgasmassenstrom und Abgastemperatur abh\u00e4ngig. Die Versuche zeigten einen deutlichen Zusammenhang der Signale gegen\u00fcber der Abgasgeschwindigkeit f\u00fcr den Ru\u00dfladungssensor und ein starken Einfluss der Temperatur auf das Sensorsignal des Durchschlagsspannungssensors. Es wurde versucht, diese Einfl\u00fcsse als Kompensations- bzw. Kalibrierkennlinien in stadtion\u00e4ren Betriebspunkten zu ber\u00fccksichtigen.
\nUntersuchungen im ESC -Test haben die prinzipielle Eignung des Ru\u00dfladungsverfahrens f\u00fcr die \u00dcberwachung der Partikelfilterfunktion gezeigt, wenn dies auch im Moment nur qualitativ m\u00f6glich ist. Mit dem Durchschlagsspannungsprinzip konnten beim derzeitigen Entwicklungsstand keine oder nur bedingte Aussagen \u00fcber die Ru\u00dfkonzentration getroffen werden, da die Signalver\u00e4nderungen stellenweise innerhalb der Wiederholgenauigkeit lagen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Hauser G., Kuhnert A.: Ru\u00dfsensor f\u00fcr on-board Diagnose und als Pr\u00e4zisionsmessger\u00e4t; 2. FAD-Konferenz 10. – 11.11.2004; Dresden
\nHauser G.: Vortrag vor dem Abgaszentrum der Automobilindustrie (ADA) am 10.03.05, Wolfenb\u00fcttel
\nHauser G.: Vortrag bei der International Conference on Condition Monitoring am 20.07.05, Cambridge
\nHauser G.: Postersession an der ETH Z\u00fcrich von 15. bis 17.08.05
\nHauser G., Kuhnert A.: Ausstellung und Pr\u00e4sentation des Ru\u00dfladungssensors bei dem DPF-Retrofit Workshop am 21. – 22.06.2006 Dresden
\nHauser G., Kuhnert A.: Vortrag und Ver\u00f6ffentlichung Smoke Particulate Sensors for OBD and high Pre-cision Measuring bei der SAE 2006 Commercial Vehicle Engineering Congress & Exhibition, October 31-November 2, 2006, Rosemont, IL, USA.
\nGheorghiu V.: Ru\u00df- und Partikelsensor f\u00fcr Onboard-\u00dcberwachung von Partikelfiltern und Kontrolle der Emissionen von Dieselmotoren; VDI AUTOREG 07. – 08.03.2006, D\u00fcsseldorf<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Innerhalb des von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gef\u00f6rderten Verbundprojektes PM-Sensor wurden zwei Sensorprinzipien auf ihre Funktion als Partikelsensor \u00fcberpr\u00fcft.
\nEin Verfahren nach dem Ladungs- und dem Durchschlagsspannungsprinzip wurden am Motorenpr\u00fcfstand untersucht und bewertet. Dabei musste beachtet werden, dass sich die Sensoren auf einem unterschiedlich, technischem Entwicklungsstand befinden.
\nEtablierte Beurteilungsverfahren wie die gravimetrische Partikelmessung, die Messung der Rauchtr\u00fcbung und der Schw\u00e4rzung wurden zum Vergleich der Sensorsignale herangezogen.
\nBeide Sensoren sind noch nicht in der Lage das gemessene Signal im dynamischen Betrieb als Ru\u00dfkonzentration auszugeben, da sich in diesen Motorbetriebszust\u00e4nden Abgastemperatur, Massenstrom u. a. Parameter gleichzeitig \u00e4ndern.
\nBis zum Einsatz als Partikelsensor im praktischen Fahrbetrieb bedarf es bei beiden Sensoren einer Weiterentwicklung des Verfahrens. Allerdings erscheint das Prinzip des Ru\u00dfladungssensors beim derzeitigen Entwicklungsstand aussichtsreicher.
\nDa das Sensorsignal am Vollmotor durch eine Vielzahl von Abgasparametern beeinflusst wird, sollte eine Weiterentwicklung des Durchschlagsspannungssensors vorerst unter Laborbedingungen erfolgen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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