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L. Flicker:
"Untersuchungen zur Schwefelerkennung in Diesel-Kraftstoff im motorischen Betrieb mittels Sensorik der On-Board Diagnose (OBD)";
Supervisor: B. Geringer, H. Gerstl; Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik (IFA), 2018; final examination: 2018-08-10.

Since sulfur is present in different concentrations in all fossil fuels and a reduction in the resulting emissions in mobile systems is difficult to achieve, leading economies have begun to restrict the sulfur content of fuels to a limit of 10 ppm. Thus, sulfur dioxide (S02} concentrations in the air and resulting environmental impacts, such as smog and acid rain, have been reduced considerably. Furthermore, sulfur compounds from the fuel act as catalyst poison on the components of the exhaust aftertreatment of modern diesel vehicles and inhibit their activity.
Particularly in emerging markets, these low-sulfur fuels are scarcely or not universally available. In diesel vehicles with diesel particulate filters (DPF-systems), which require periodic regeneration by increasing the exhaust gas temperature, sulfur compounds which are adsorbed on components of the exhaust aftertreatment can be released by the rapid temperature rises at the beginning of an active DPF-regeneration and form prominent smoke clouds when reaching the atmosphere.
The topic of the present thesis is to find an engine control unit based option (On Board Diagnosis, OBD) to detect increased sulfur concentrations in diesel fuel. Thus, the DPF-regeneration-strategy can be adapted if required, in order to prevent sulfur induced white smoke emissions.
All the methods tested on the engine test bench rely on monitoring the upstream and downstream temperatures of the diesel oxidation catalyst (DOC), whereby in modern vehicles no additional sensors would be required.
First on two identical DOC samples - one in a fresh state, the other hydrothermal aged - light-off investigations were carried out, as an empty measurement as weil as S02- charged at both DOC. The approach followed here is based on the exothermic reaction of a post-injected fuel quantity at the DOC.The resulting increase in temperature through the post-injection (POi) should be significantly lower in the sulfurized state of the DOC. Within the scope of the thesis, the parameters for the post-injection were determined experimentally, different variations of the duty point during the post-injection were in- vestigated and different methods for result interpretation were developed - based on the temperature difference over the DOC, it's gradient grad(ΔT Doc} as weil as the efficiency of conversion computed by the heat balance of the exhaust gas and the calorific value of the post-injection.

Da Schwefel in allen fossilen Energieträgern in unterschiedlichen Konzentrationen vorhanden ist und eine Reduktion der daraus resultierenden Emissionen in mobilen Systemen nur schwer realisierbar ist, wurde in den führenden Wirtschaftsnationen dazu übergegangen, den Schwefelgehalt von Kraftstoffen auf einen Grenzwert von 10 ppm zu beschränken. Dadurch konnten die Schwefeldioxid-Konzentrationen (S02) in der Luft und daraus resultierende Umweltbelastungen wie Smog und saurer Regen stark reduziert werden. Darüber hinaus wirken Schwefelverbindungen aus dem Kraftstoff auf die Komponenten der Abgasnachbehandlung moderner Dieselfahrzeuge als Katalysatorgift und hemmen deren Aktivität.
Insbesondere in Schwellenländern sind diese schwefelarmen Kraftstoffe kaum oder nicht flächendeckend verfügbar. Bei Dieselfahrzeugen mit Dieselpartikelfilter (DPF-Systemen ), welche in regelmäßigen Abständen eine Regeneration über Erhöhung der Abgastemperatur erforderlich machen, können an Komponenten der Abgasnachbehandlung angelagerte Schwefelverbindungen durch die schnellen Temperaturanstiege zu Beginn einer aktiven DPF-Regeneration gelöst werden und für markante Rauchwolken beim Austritt an die Atmosphäre sorgen.
Vorliegende Arbeit widmet sich der Findung einer steuergerätbasierten Möglichkeit (On Board Diagnose, OBD), erhöhte Schwefelkonzentrationen im Dieselkraftstoff detektieren zu können. Dadurch ist es im Bedarfsfall möglich, die Strategie der DPF-Regeneration situationsgerecht anzupassen, um durch Schwefel verursachte Weißrauchemissionen zu verhindern.
Die am Motorenprüfstand untersuchten Methoden stützen sich dabei allesamt auf eine Überwachung der Temperaturen stromaufwärts und stromabwärts des Diesel-Oxidationskatalysators (DOC), wodurch bei modernen Fahrzeugen keine zusätzliche Sensorik erforderlich wäre.
An zwei identen DOC-Mustern - einer in frischem Zustand, der andere hydrothermal gealtert - wurden zunächst _ Light-Off-Untersuchungen durchgeführt, jeweils als Leermessung sowie mit S02-Beladung am DOC. Der hier im Weiteren verfolgte Ansatz stützt sich auf die exotherme Reaktion einer nacheingespritzen Kraftstoffmenge am DOC. Die entstehenden Temperaturhübe durch die Nacheinspritzung sollten im verschwefelten Zustand des DOC deutlich geringer sein.
Im Rahmen der Arbeit wurden die Parameter für die Nacheinspritzung durch Versuche festgelegt, verschiedene Variationen des Betriebspunktes während der post-injection (POi) untersucht und unterschiedliche Methoden zur Ergebnisinterpretation entwiekelt- basierend auf der Differenztemperatur über den DOC, dem Gradienten derselben grad(ΔT DOC) sowie Umsatzgradbetrachtungen über Bilanzierung des Abgaswärmestromes und des Heizwertes der nacheingespritzen Kraftstoffmenge.