Beitrag zur experimentellen und analytischen Beschreibung partikelförmiger Bremsenemissionen

Verkehrsbedingte Emissionen stehen derzeit stark in der öffentlichen Kritik, da diese zur Klimaveränderung beitragen und als gesundheitsgefährdend eingestuft werden. Verbrennungsmotorische Emissionen sind derzeit durch Grenzwerte reguliert. Durch den Einsatz effizienter Antriebsaggregate und effizienter Abgasnachbehandlungssysteme sank der Anteil dieser Emissionen am Gesamtfahrzeugausstoß in den vergangenen Jahren kontinuierlich. Für außermotorische Emissionen, zu denen auch partikelförmiger Bremsenabrieb zu zählen ist, existiert derzeit kein gesetzlicher Grenzwert bezüglich emittierter Partikelanzahl und Partikelmasse, was zu einem kontinuierlichen Anstieg des Anteils am Fahrzeuggesamtbudget führte. Da ein Teil der Verschleißpartikel den Größenklassen des Feinstaubes (= 10 [my]m) zugeordnet werden kann, ist diese Feinstaubquelle für die menschliche Gesundheit von besonderer Relevanz und steht damit im Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen. Eine zielgerichtete Bewertung setzt effiziente Probenahmesysteme voraus, durch deren Anwendung eine ganzheitliche Analyse von Emissionscharakteristiken sowie der chemischen und physikalischen Eigenschaften unter Laborbedingungen und im realen Fahrversuch möglich wird. Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zur Beschreibung der Dynamik partikelförmiger Bremsenemissionen innerhalb eines geschlossenen Probenahmesystems dar. Im Einzelnen sind dies die Partikelinjektion und -verteilung bis hin zur Probenahme oder Abscheidung. Ein weiteres Ziel stellt die Verifizierung der Messfähigkeit der vornehmlich für die Ermittlung verbrennungsmotorischer Abgasemissionen entwickelten Messsysteme für den vorliegenden Anwendungsfall dar. Das übergeordnete Ziel besteht damit in einer ganzheitlichen Bewertung der zur Durchführung regulatorischer Messungen erforderlichen Mess- und Prüftechnik. Den Beginn stellt die Entwicklung einer Methodik zur Analyse des Partikelinjektions- und Abscheideverhaltens dar. Darauf aufbauend werden methodische Ansätze zur experimentellen Validierung vorgestellt. Untersuchungen zur Partikelverteilung und -abscheidung ermöglichen eine allumfassende Bewertung der ablaufenden Vorgänge. Im dritten Teil werden physikalische Messprinzipien zur Bestimmung der Partikelanzahlkonzentration (PAK), Partikelmasse (PM) bzw. -konzentration (PMK) und Größenverteilungsdichte (GVD) hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit überprüft. Die Erarbeitung von Messkonzepten ermöglicht die Durchführung vergleichender Untersuchungen zur Bewertung von Einflussgrößen und Emissionsminderungspotenzialen. Den Abschluss bilden Untersuchungen zum Emissionsverhalten an variierenden Prüfumgebungen, vom Schwungmassen-Bremsenprüfstand bis hin zum realen Fahrversuch, was eine ganzheitliche Bewertung der Wechselwirkungen und Zusammenhänge ermöglicht.

Traffic-related emissions are currently subject to strong public criticism, as they contribute to climate change and are classified as hazardous to health. Emissions from combustion engines are currently regulated by limit values. Due to the application of efficient powertrain units and exhaust aftertreatment systems, the amount of exhaust-related emissions has decreased continuously in recent years. There is currently no legal limit for non-exhaust emissions, such as particulate brake abrasion, which has led to a continuous increase in the share of vehicle global emissions. Since some of the emitted particles can be assigned to the size classes of particulate matter (= 10 µm), this source is of particular relevance to human health and is therefore the focus of scientific studies. Efficient sampling systems are required for a targeted evaluation of the health risk potential. Their application enables a holistic analysis of emission characteristics as well as the chemical and physical properties of the emitted particles under laboratory conditions and in real driving tests.
The present work is a contribution to the description of brake particle emissions formation within a constant volume sampling system. In detail, this includes particle injection and particle distribution. A further objective is the evaluation of the applicability of the measurement systems developed primarily for the measurement of particulate exhaust emissions from combustion engines.
The first part is the development of a methodology for the analysis of particle injection and deposition behaviour. Based on this, methodical approaches for experimental validation are presented. Investigations on particle distribution and particle deposition allow a holistic evaluation of the processes taking place. In the third part, physical measuring principles for the determination of particle number, particle mass and particle size distribution are examined with regard to applicability. The development of measurement concepts enables the execution of investigations for the evaluation of influencing variables and emission reduction potentials. The final part is the investigation of particle emission behaviour in varying test environments, from inertia dynamometer to real driving tests, which allows a holistic evaluation of interactions and correlations.

Zitieren

Zitierform:
Zitierform konnte nicht geladen werden.

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten