Kondensatbildung in Abgassystemen bei niedrigen Temperaturen

Kondensatbildung

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) geförderte Forschungsvorhaben „Kondensatbildung in Abgassystemen - Oberflächenkondensation auf abgasführenden Bauteiloberflächen unter Einfluss dynamischer (Kaltstart-) Betriebsbedingungen an einem Otto- und Dieselmotor“ wird in Kooperation mit dem Institut für Verbrennungskraftmaschinen (IFKM) des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) (https://www.ifkm.kit.edu) durchgeführt.

Aufbauend auf den zuvor gewonnen Erkenntnissen im Rahmen des Projektes FVV 1316 – Abgaszusammensetzung bei niedrigen Temperaturen – sollen in diesem Folgeprojekt die wesentlichen Mechanismen der Oberflächenkondensation im Abgassystem eines Otto-/Dieselmotors unter dynamischen Betriebsbedingungen detailliert aufgeklärt werden, wobei der Schwerpunkt auf der Bestimmung von Bauteiloberflächentemperaturen und Oberflächenbeschaffenheiten liegt.

Ein Schwerpunkt liegt dabei auf einem Vergleich zwischen konventionellem Kraftstoff und einem CO2-neutralen Kraftstoff sowie einem E-Kraftstoff.
Die optische Analyse der Kondensationsneigung an abgasintegrierten Testträgern ist mit einem automatisierten Echtzeit-Klimaprüfstand bei definierten Umgebungstemperaturen in Abhängigkeit vom Feuchte- und Kondensatgehalt im Abgas möglich.
Die dynamische Entwicklung der Oberflächentemperaturen kann via Phosphor-Thermometrie detailliert verfolgt werden.
Hinsichtlich Materialart und Oberflächenrauhigkeit vordefinierter Oberflächen werden systematisch Ablagerungen akkumuliert, um die Überwachung von Ablagerungseffekten bei "Langzeit"-Ablagerung zu ermöglichen.
Umfangreiche Charakterisierung der Kondensate und Feststoffablagerungen mit einer Vielzahl analytischer Methoden (Thermogravimetrische Analyse gekoppelt mit Massenspektrometrie und Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer, Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie, UV-VIS Spektroskopie, Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie inkl. Mustererkennungsalgorithmen, Elementaranalyse, BET-Oberflächenbestimmung via Gasadsorption, Energiedispersive Röntgenspektroskopie, …)
Es wird eine experimentelle Datenbasis für Bauteiloberflächentemperaturen und Oberflächenzustände und deren Auswirkungen auf die Abgaszusammensetzung, die Kondensation von Abgasbestandteilen, die Ablagerungsbildung und die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Ablagerungen geschaffen.
Die Möglichkeit, die komplexen Wechselwirkungen mit Hilfe von Vorhersagemodellen für Abgaszusammensetzung, Kondensat- und Ablagerungseigenschaften beim Kaltstart von Motoren aus großflächigen experimentellen Daten auf der Basis von Machine-Learning-Ansätzen zu beschreiben, wird beispielhaft aufgezeigt.