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Messungen von Aerosol-Vorläufergasen im Abgas moderner Diesel-Kraftfahrzeugmotoren

Reichl, Ulrike

English Title: Measurements of Aerosol Precursor Gases in the Exhaust of Modern Diesel Engines

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Abstract

Dieselfahrzeuge emittieren, aufgrund des spezifischen Brennprozesses im Dieselmotor, gesundheitsschädliche Rußpartikel. Diese können durch den Einsatz von kombinierten Abgas-Nachbehandlungssystemen, bestehend aus Partikelfilter und Oxidationskatalysator, wirkungsvoll entfernt werden. Der Filter fängt den Ruß auf, der kontinuierlich, mit Stickstoffdioxid als Oxidationsmittel, verbrannt wird. Stickstoffdioxid wird im Oxidationskatalysator durch Oxidation von motorischem Stickstoffmonoxid erzeugt. Dabei wird leider auch das bei der Verbrennung von schwefelhaltigem Kraftstoff entstehende Schwefeldioxid katalytisch zu Schwefeltrioxid aufoxidiert, welches mit Wasserdampf zu Schwefelsäure weiterreagiert. Aufgrund ihres geringen Dampfdrucks kann gasförmige Schwefelsäure bei der Verdünnung und Abkühlung des Abgases mit Wasserdampf nukleieren und zu Bildung und Wachstum von Nanopartikeln beitragen. Die Nanopartikel sind in der Lage, sehr tief in die Lunge einzudringen und können deshalb besonders gesundheitsschädlich sein. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten, mittels chemischer Ionisations-Massenspektrometrie im Abgas eines modernen LKW-Diesel-Motors an einem Teststand, erstmals quantitative Schwefelsäuremessungen durchgeführt werden. Diese bestätigten die temperaturabhängige Produktion von gasförmiger Schwefelsäure an katalytisch wirksamen Nachbehandlungssytemen. Die aktuelle Schwefelsäurekonzentration im Abgas wurde stark von Einlagerungs- und Freisetzungsprozessen beeinflusst. Parallele Aerosolmessungen ergaben einen linearen Zusammenhang zwischen Bildung bzw. Wachstum von volatilen Nukleationsaerosolen und Schwefelsäure. Zusätzlich wurden organische Säuren detektiert, die ebenfalls zu Bildung und Wachstum der Nanopartikel beitragen könnten.

Translation of abstract (English)

Diesel vehicles emit harmful soot particles. Soot can be removed effectively by after treatment systems, consisting of a particle filter and an oxidation catalyst. The filter removes soot particles, which are quasi-permanently burned using NO2, which is produced from motor NO in the oxidation catalyst. Unfortunately, SO2 is also oxidized to SO3, which results from the combustion of sulphur consisting fuels. SO3 reacts with water vapour to sulphuric acid. Due to its small vapour pressure gaseous H2SO4 can form nano particles by homogeneous nucleation with water vapour. Nano particles can intrude the lung and hence could be very harmful. Within the present work H2SO4 was measured by chemical ionisation mass spectrometry in the exhaust of a diesel engine. The formation of sulphuric acid in catalytic after treatment systems was verified and it was figured out, that the actual concentration in the exhaust is strongly influenced by store and release effects. Simultaneously measured aerosol particles show a correlation between the formation and growth of volatile nucleation particles and gaseous H2SO4. In addition a number of organic acids could be detected, some of which may also involved in nucleation processes.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Arnold, Prof. Dr. Frank
Date of thesis defense: 1. April 2009
Date Deposited: 09. Apr 2009 11:52
Date: 2009
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Schwefelsäure, Aerosol, Dieselmotor, Rußfilter, Abgaskatalysator
Uncontrolled Keywords: sulphuric acid , nano particles , diesel engine , soot filter , oxidation catalyst
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