Simulative investigation on pre-turbine exhaust gas aftertreatment systems of diesel engines with dynamic compensation

Abstract

In dieser Arbeit werden verschiedene Konfigurationen einer Abgasnachbehandlung vor der Turbine betrachtet. Die untersuchten Systeme unterscheiden sich in der Art, Anzahl und Reihenfolge der Komponenten, die vor der Turbine platziert werden. Ohne weitere Anpassungen werden die Serienkatalysatoren des Referenzsystems in ihrer neuen Position vor der Turbine platziert. Das Referenz-Abgasnachbehandlungssystem besteht aus einem Dieseloxidationskatalysator (DOC), einem katalytischen Dieselpartikelfilter (cDPF) und einem selektiven katalytischen Reaktionssystem (SCR). Die Untersuchungen werden mittels 0d/1d-Simulation an einem repräsentativen Vierzylinder-Dieselmotor durchgeführt. Hierfür wird das Simulationsmodell anhand von Prüfstandsdaten für das Referenzsystem kalibriert und validiert. Die 0d/1d-Simulation bietet die Möglichkeit, in kurzer Zeit mehrere Konfigurationen unter exakt den gleichen Bedingungen zu vergleichen. Darüber hinaus können Komponenten untersucht werden, ohne dass sie in physischer Form vorliegen müssen, was die Analyse einer Vielzahl von Maßnahmen zur Steigerung des dynamischen Ansprechverhaltens erleichtert. Für die Emissionsvorhersage wird ein neuronales Netz mit sieben Eingangsparametern auf Basis von Messergebnissen trainiert. Durch die hohe Anzahl an Eingangsparametern des empirischen Modellansatzes, werden auch transiente Einflüsse auf die Emissionsentstehung berücksichtigt, wie etwa ein verzögerter Ladedruckaufbau. Dies ist erforderlich, da die zusätzlichen Komponenten vor der Turbine den Ladedruck und die interne Abgasrückführungs-Rate beeinflussen. Für die Gesamtbewertung der Konfigurationen ist neben der Reduktion der Emissionen durch die Katalysatoren auch die Veränderung der Emissionsbildung ein Faktor.