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H. Gerstl:
"Wechselwirkung des Rußes und der Entstickung im SCR-beschichteten Partikelfilter unter speziellen Betriebsbedingungen am Motorprüfstand";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): B. Geringer, T. Lauer, F. Winter; TU Wien | Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik, 2017; Rigorosum: 18.10.2017.

Der Dieselmotor kann aufgrund des besseren Wirkungsgrades im Vergleich zum Ottomotor auch in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur C02-Absenkung leisten. Für die Akzeptanz muss der Dieselmotor allerdings nachweislich sauber sein. Die Partikelemissionen werden mit Hilfe von geeigneten Filtern drastisch reduziert. Daneben müssen aber auch die Stickoxide in allen Kennfeldbereichen ausreichend
vermindert werden. Dafür eignen sich sehr gut SCR-Systeme, welche aber eine gewisse Mindestabgastemperatur voraussetzen. Um die thermischen Verluste in der Abgasstrecke zu minimieren, kann die SCR-Beschichtung in den Partikelfilter integriert werden. Somit wird eine motornahe Anordnung erreicht und die Stickoxidreduktion kann früher erfolgen. Für den SCR-beschichteten Filter (SDPF) ergeben sich jedoch neue Herausforderungen da er zwei Funktionen, die Partikelfiltration und die Stickoxidreduktion, gleichzeitig erfüllen muss.

Die Untersuchungen am Motorprüfstand haben gezeigt, dass die Rußbeladung einen Einfluss auf den maximal möglichen NOx-Umsatz am SDPF aufweist. Je nach Abgastemperatur kann die Rußschicht eine Steigerung bzw. eine Absenkung der NOx-Umsatzraten bewirken. Großen Einfluss hat dabei das N02/NOx-Verhältnis welches über verschieden beschichtete DOC's am Motorprüfstand variiert werden kann. Neben der Stickoxidkonversion wurde auch die Lachgasbildung am SDPF untersucht. Auch hier zeigt sich eine leichte Abhängigkeit der Rußschicht im Filter. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit sind Untersuchungen zur DPF-Regeneration bei gleichzeitiger Stickoxidreduktion im Filter. Dazu wurden zahlreiche Variationen durchgeführt.
Der wichtigste Einflussfaktor für den Rußabbrand und der gleichzeitigen Stickoxidreduktion stellt die Regenerationstemperatur dar. Mit zunehmender Regenerationstemperatur steigt die Rußabbrandgeschwindigkeit. Gleichzeitig sinkt die Stickoxidkonversion aufgrund der steigenden Ammoniakoxidation. Die HWL-Dosiermenge beeinflusst nicht nur die Reduktion der Stickoxide, sondern hat auch eine Auswirkung auf den Rußabbrand.
Neben der aktiven Regeneration können Filter auch passiv, über den CRT-Effekt, regeneriert werden. Bei den Reaktionen des Rußabbaues und der Stickoxidreduktion kommt es aber zu einem Konflikt, da beide Mechanismen Stickstoffdioxid benötigen. Die Untersuchungen zeigen eine deutliche Beeinträchtigung des CRT-Effektes durch die gleichzeitige Stickoxidreduktion im Filter. Die Erkenntnisse dieser Arbeit zeigen die grundlegenden Zusammenhänge im SDPF und helfen so bei der Auslegung und Applikation im Fahrzeug.

The diesel engine can also make an important contribution to the C02 reduction in the future due to the higher efficiency compared to the gasoline engine. However, for the acceptance, the diesel engine must be proven to be clean. The particle emissions are drastically reduced by suitable filters. In addition, the nitrogen oxides must also be adequately reduced in all characteristic regions. SCR systems are very well suited for this purpose, which require a certain minimum exhaust gas temperature. In order to minimize the thermal lasses in the exhaust gas, the SCR coating can be integrated into the particulate filter. Thus, a close coupled arrangement is achieved and the nitrogen oxide reduction can be effected earlier. The SCR-coated filter (SDPF)however presents new challenges because it must simultaneously fulfill two functions, namely particle filtration and nitrogen oxide reduction.
The investigations at the engine test stand have shown that the soot loading has an influence on the maximum possible NOx-conversion at the SDPF. Depending on the exhaust gas temperature, the soot layer can effect an increase or a reduction in the NOx-conversion rates. The N02/NOx-ratio, which can be varied over differently coated DOC's at the engine test stand, has a great influence. In addition to the nitric oxide conversion, the nitrous oxide formation at the SDPF was also investigated. Here too, there is also a slight according to the soot layer in the filter. A further aspect of this work is the investigation on DPF-regeneration with simultaneous reduction of nitric oxide in the filter. Numerous variations were made. The most imporfänt influencing factor for soot burn-up and the simultaneous reduction of nitrogen oxides is the regeneration temperature. As the regeneration temperature increases, the soot burning rate increases. At the same time, the nitric oxide conversion decreases due to the rising ammonia oxidation. The AdBlue dosing rate not only affects the reduction of the nitrogen oxides, it also has an effect on the soot burn-up. In addition to the active regeneration, filters can also be regenerated passively, via the CRT effect. However, the reactions of the soot decomposition and the reduction of nitric oxide are conflicting since both mechanisms require nitrogen dioxide. The investigations show a significant impairment of the CRT effect by the simultaneous reduction of nitric oxide in the filter. The findings of this work show the basic relationships in the SDPF and help in the design and application in the vehicle.