Oxidations- und Permeabilitätsverhalten von Dieselruß in monolithischen Partikelfiltern

Der Inhalt der vorliegenden Arbeit versucht die Auswirkungen der Veränderungen in der Rußschicht in einem monolithischen Partikelfilter auch bei auftretender Rußoxidation zu beschreiben, um die gegendruckbasierte Rußbeladungserkennung durch ein steuergerätetaug-liches, chemophysikalisches Modell im Fahrzeug zu verbessern. Hierzu werden grundlegende Untersuchungen und Analysen zum Rußporositäts- und Rußoxidationsverhalten im Labor, Einzylinder- und Vollmotorprüfstand vorgestellt.
Hierbei wird gezeigt, dass die Rußporosität im normalen verbrennungsmotorischen Betrieb sich am besten durch eine rußbeladungsabhängige, empirische Kompaktionsfunktion beschreiben lässt. Des Weiteren wird aufgezeigt, dass sich die Rußperme-abilitätsänderung bei auftretender Rußoxidation mit einem auf dem Shrinking-Core-Ansatz basierten, erweiterten Modell darstellen lässt. Die Änderungen der Durchmesser von Rußprimärpartikeln und Rußaggregaten aufgrund zunehmender Gasifizierung in der Rußschicht lassen sich hier über unterschiedliche fraktale Dimensionen abbilden. Zudem wird in dieser Arbeit experimentell und simulativ gestützt gezeigt, dass im Partikelfilter entgegen der Strömungsrichtung katalytisch gebildetes Stickstoffdioxid in die Rußschicht zurückdiffundiert und Rußoxidation auftritt. Mittels der gewonnenen Erkenntnisse wird ein gegendruckbasiertes Rußbeladunsgmodell aufgebaut, welches eine deutlich verbesserte Beladungserkennung im Fahrbetrieb ermöglicht. Hierdurch ist eine wesentlich bessere und robustere Partikelfiltersteuerung möglich, die die Gefahr von unkontrollierten Rußregenerationen bei Überladung und vorzeitiger katalytischer Desaktivierung bei zu häufigen Regenerationen minimiert.