Automobil-Meßtechnik: Band C: Abgasmeßtechnik

ISBN-13: 9783642796500 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 387 str.

Horst Klingenberg

Opis

Das dreibandige Werk behandelt in voller thematischer Breite die Messtechnik in der Kraftfahrzeugentwicklung und -forschung.
Im vorliegenden Band sind die Grundlagen der Abgasmesstechnik dargestellt, wobei die Beziehungen zwischen Emission, Immission und Wirkung als Umfeld mit beschrieben wird.
Der Autor hat seine jahrelange Erfahrung als Leiter der Messtechnikabteilung eines grossen Automobilkonzerns eingebracht.

Spis treści

Inhaltsübersicht.- 1 Übersicht.- 1.1 Einleitung.- 1.2 Inhalt des Bandes.- 2 Automobilabgasemissionen.- 2.1 Entstehung der Automobilabgase.- 2.1.1 Chemie der motorischen Verbrennung.- 2.1.2 Typische Hauptkomponenten der Automobilabgase.- 2.1.3 Umrechnung von Massen- in Volumenkonzentrationen.- 2.1.4 Bildung von Rußpartikeln.- 2.2 Verdampfungs- und Betankungsemissionen.- 2.2.1 Kohlenwasserstoff-Emissionsquellen eines Kraftfahrzeuges.- 2.2.2 Verdampfungsemissionen.- 2.2.3 Betankungsemission.- 2.3 Gesetzgebung.- 2.3.1 Historische Entwicklung.- 2.3.2 Gesetzgebung aus heutiger Sicht.- 2.4 Heutiger Stand der Auspuff-Abgasemissionen der Personenkraftwagen.- 2.5 Emissionsprognose für Deutschland (1990 berechnet).- 2.5.1 Überblick.- 2.5.2 Einflußparameter.- 2.5.3 Berechnungsmethode.- 2.5.4 Ergebnisse.- 2.5.5 Schlußfolgerungen.- 3 Natürliche und anthropogene Emissionen im globalen und im Ländermaßstab und resultierende Immissionen.- 3.1 Einleitung.- 3.2 Quellen und Quellstärken einzelner Spurengase.- 3.2.1 Kohlenwasserstoffe.- 3.2.2 Kohlenmonoxid.- 3.2.3 Kohlendioxid.- 3.2.4 Stickoxide.- 3.2.5 Schwefeldioxid.- 3.2.6 Ozon.- 4 Immissionen.- 4.1 Ausbreitungsmodelle.- 4.1.1 Straßenschluchtmodell.- 4.1.2 Autobahnmodell.- 4.2 Szenarien zur Bewertung von Immissionssituationen.- 4.3 Definition der Szenarien.- 4.3.1 Straßenschlucht.- 4.3.2 Autobahn.- 4.4 Berechnete Immissionskonzentrationen in der Straßenschlucht für Serienfahrzeuge.- 4.5 Gemessene Immissionswerte.- 4.5.1 Straßenschlucht.- 4.6 Immissionskataster.- 4.7 Diskussion.- 5 Wirkung.- 5.1 Einleitung.- 5.2 Gesetzgebung.- 5.3 Wirkung auf den Menschen, Bedeutung der Dosis.- 5.4 Wirkung von Kohlenmonoxid (CO) auf den Menschen als Beispiel.- 5.5 Krebserregende Stoffe.- 5.6 Methoden der Wirkungsforschung.- 5.6.1 In-vitro-Untersuchungen.- 5.6.2 In-vivo-Untersuchungen.- 5.6.3 Problematik der in-vitro- und in-vivo-Untersuchungen.- 5.7 Forschungsprojekte und Ergebnisse im historischen Ablauf.- 5.7.1 Versuch mit Ottomotorabgas (UBA/FAT-Projekt).- 5.7.2 Versuch mit Dieselmotorabgas (Volkswagen/Audi-Projekt).- 5.7.3 Otto- und Dieselmotor-Abgasprojekt, Ottomotor mit und ohne Katalysator, Dieselmotor mit und ohne Partikeln (CCMC - Projekt).- 5.7.4 Weltweite Projekte.- 5.7.5 Verbundforschungsprogramm in der Bundesrepublik Deutschland.- 5.8 Waldschäden.- 5.8.1 Allgemeines.- 5.8.2 Die Begriffe „sauer“ und „basisch“.- 5.8.3 Hypothese zur Erklärung von Baumerkrankungen.- 5.9 Globale Umweltbelastung.- 5.9.1 Natürlicher Treibhauseffekt.- 5.9.2 Anthropogener Beitrag.- 5.9.3 Anstieg der CO2-Konzentration und der Methankonzentration in der Atmosphäre.- 5.9.4 Wirkungen.- 6 Meßverfahren und Meßgeräte.- 6.1 Absorptionsspektroskopie.- 6.1.1 Einleitung.- 6.1.2 Theoretische Grundlagen.- 6.1.2.1 Arten von Spektren.- 6.1.2.2 Energie - Frequenzbeziehung.- 6.1.2.3 Elektronenspektren.- 6.1.2.4 Schwingungsspektren.- 6.1.2.5 Reine Rotationsspektren.- 6.1.2.6 Rotationsschwingungsspektren unter normalen Bedingungen.- 6.1.3 Lambert-Beer-Bouguersches Gesetz.- 6.1.4 Nichtdispersives Infrarotmeßverfahren (NDIR).- 6.1.4.1 Prinzip des NDIR-Meßgeräes.- 6.1.4.2. Prinzip der Mehrkomponentenmessung nach dem Gasfilter-korrelationsverfahren.- 6.1.4.3 Elektronik.- 6.1.5 Nichtdispersiver Ultraviolett-Analysator (NDUV) für NO.- 6.1.6 Mikrowellengasanalyse.- 6.1.7 Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie (FTIR-Spektrometer).- 6.1.7.1 Prinzip und Verfahren.- 6.1.7.2 Beurteilung der Fouriertransformspektroskopie für die Messung von Automobilabgaskomponenten.- 6.1.8 Halbleiterdiodenlaser(HDL)-Spektrometer als selektiver Strahler.- 6.2 Ionisationsverfahren.- 6.2.1 Allgemeines.- 6.2.2 Flammenionisationsdetektor (FID).- 6.2.2.1 Prinzip.- 6.2.2.2 Mechanismus der Ionenbildung.- 6.2.2.3 Beurteilung der FID-Geräte.- 6.3 Chemilumineszenz - Analysator.- 6.3.1 Prinzip.- 6.3.2 Verfahren und Meßgerät.- 6.4 Sauerstoffmeßverfahren.- 6.4.1 Allgemeines.- 6.4.2 Paramagnetische Meßverfahren.- 6.4.2.1 Drehwaageverfahren.- 6.4.2.2 Differenzdruckverfahren.- 6.4.3 Elektrochemische Sauerstoffmessung.- 6.5 Chromatographische Verfahren.- 6.5.1 Grundlagen.- 6.5.2 Gas-Festkörper-Chromatographie (GSC).- 6.5.3 Liquid-Solid-Chromatographie (LSC, HPLC).- 6.6 Massenspektrometrie (MS).- 6.6.1 Grundsätzliches.- 6.6.2 Einlaßsystem.- 6.6.3 Elektronenstoßquellen.- 6.6.4 Ionenoptik.- 6.6.5 Massentrennsysteme.- 6.6.5.1 Statische Trennsysteme.- 6.6.5.2 Dynamische Trennsysteme.- 6.6.6 Ionencyclotronresonanz-(ICR)-Spektrometer.- 6.6.7 Massenauflösungsvermögen.- 6.6.8 Beispielhaftes Ergebnis.- 6.6.9 GASP - Gas Analysis by Sampling Plasmas.- 6.6.9.1 Grundsätzliches.- 6.6.9.2 Prinzip.- 6.6.10 Flugzeit-Massenspektrometer.- 6.6.11 Multiphotonen-Ionisierung mittels Laseranregung.- 6.6.12 Beurteilung der Massenspektrometrie.- 6.6.13 Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC/MS).- 7 Messung nichtlimitierter Abgaskomponenten und der Dieselabgas-Partikeln.- 7.1 Gesetzessituation der nichtlimitierten Abgaskomponenten.- 7.2 Probennahme.- 7.2.1 Sammlung aus dem konzentrierten Abgas.- 7.2.1.1 Vollstrommethode.- 7.2.1.2 Teilstrommethode.- 7.2.2 Sammlung aus dem verdünnten Abgas.- 7.2.2.1 Isokinetische Probennahme aus dem Verdünnungstunnel.- 7.2.2.2 Sammlung in Beutel.- 7.2.2.3 Sammlung durch Adsorption oder Absorption.- 7.2.2.4 Automatisches Probennahmesystem.- 7.3 Probenautbereitung und analytische Erfassung.- 7.3.1 Allgemeines.- 7.3.2 Analyse gasförmiger Abgaskomponenten ohne vorherige Probenaufbereitung.- 7.3.3 Kopplung Gaschromatographie/Massenspektrometrie (GC/MS).- 7.3.4 Weitere Verfahren.- 7.4 Emissionswerte einiger nichtlimitierter Abgaskomponenten.- 7.5 Übersicht über die Größenordnung der Emissionswerte.- 7.6 Messung der Dieselabgas-Partikeln.- 7.6.1 Meßverfahren.- 7.6.2 Meßergebnisse.- 7.6.3 Partikelngebundene Substanzen.- 7.6.4 Elementare Zusammensetzung der Partikeln.- 7.6.5 Einfluß verschiedener Parameter.- 7.6.6 Bestimmung der Dichtefunktion der aerodynamischen Partikelndurchmesser.- 8 Abgasprüfverfahren.- 8.1 Einleitung.- 8.2 Prüftechnik.- 8.2.1 Übersicht über den Prüfablauf.- 8.2.2 Prütkraftstoffe.- 8.2.3 Fahrkurve.- 8.2.3.1 Allgemeines.- 8.2.3.2 Entwicklung von Fahrkurven.- 8.2.3.3 Beurteilungs- und Vergleichskriterien.- 8.2.3.4 Ergebnisse von Fahrversuchen.- 8.2.3.5 Vorschlag einer neuen, weltweit einzuführenden Stadtfahrkurve.- 8.2.4 Fahrer.- 8.2.5 Fahrleistungsprüfstand (Rollenprüfstand).- 8.2.5.1 Generelles.- 8.2.5.2 Widerstandskräfte für Fahrzeuge auf dem Rollenprüfstand.- 8.2.5.3 Widerstandskräfte für Fahrzeuge bei Straßenfahrt.- 8.2.5.4 Verfahren zur Prüfstandskalibrierung.- 8.2.6 Abgasentnahmesystem.- 8.2.6.1 Generelles.- 8.2.6.2 CVS-Kalibrierung.- 8.2.6.3 Überprüfung des Gesamtsystems.- 8.2.7 Analyse der CVS-Proben.- 8.2.8 Prüfgase.- 8.2.8.1 Allgemeine Grundlagen.- 8.2.8.2 Gesetzliche Auflagen.- 8.2.8.3 Prüfgase in Druckbehältern (statische Mischung).- 8.2.9 Berechnung der Meßergebnisse.- 8.2.9.1 US-75-Test.- 8.2.9.2 Berechnung des Kraftstoffverbrauchs.- 8.2.10 Messung der Kraftstoffverdampfungsverlust im SHED-Test.- 8.3 Neues, vorgeschlagenes Prüfverfahren.- 9 Abgasprüfungen - Übersicht und Kritik.- 9.1 Gesetzlich vorgeschriebene Prüfungen.- 9.1.1 Überwachung des Automobilherstellers.- 9.1.2 Überwachung der Fahrzeughalter.- 9.1.3 Fehlende Harmonisierung.- 9.2 Statistische Fehler.- 9.3 Operationscharakteristik.- 9.4 Systematische Fehler, Ringvergleiche.- 9.5 Fehlerrechnung für statistische und systematische Fehler.- 9.5.1 Beide Fehlerarten.- 9.5.2 Zuordnung statistischer Fehler zur Meßkette.- 9.5.3 Gesamt-Sicherheitsabstand.- 9.6 Typprüfung.- 9.6.1 Europäische Typprüfung.- 9.6.2 US-Typprüfung.- 9.7 Serienprüfung.- 9.7.1 Europäische Serienprüfung, variable Methode.- 9.7.2 US-Serienprüfung (SEA), attributive Methode.- 9.7.3 Kalifornische Serienprüfung, variable Methode.- 9.7.4 Diskussion der bestehenden Serienprüfungen.- 9.8 Beziehungen zwischen der Typ-, Serien- und Feld-Prüfung.- 9.9 Überwachung der Fahrzeuge in Kundenhand.- 9.9.1 Einleitung.- 9.9.2 Zusammenfassung bisheriger Erkenntnisse.- 9.9.3 Kurztests.- 9.9.4 Systemprüfung (Bauteileprüfung).- 9.9.5 Die Abgasuntersuchung (AU) in Deutschland.- 9.9.6 Die On-Board-Diagnose (OBD).- 9.10 Vorschlag einer neuen logischen Prüfung.- 10 Abgasmeßtechnik - Quo Vadis?.- 10.1 Generelles.- 10.2 Vielkomponentenmeßeinrichtungen.- 10.3 On-board-Meßverfahren.- 10.4 Ausblick.

Blurb

Das dreibändige Werk behandelt in voller thematischer Breite die Meßtechnik in der Kraftfahrzeugentwicklung und -forschung. Die Titel der Einzelbände sind: A Akustik B Optik C Abgas Im vorliegenden Band sind die Grundlagen der Abgasmeßtechnik dargetellt, wobei die Beziehungen zwischen Emission, Immision und Wirkung als Umfeld mit beschrieben wird. Die dargestellten Ergebnisse stützen sich auf Erfahrungen, die innerhalb von zwei Jahrzehnten der Tätigkeit in der Automobilindustrie gesammelt wurden. Folgende Themen werden behandelt: - Automobilabgasemissionen - Natürliche und anthropogene Emissionen im globalen und im Ländermaßstab und resultierende Immissionen - Immissionen - Wirkung - Meßverfahren und Meßgeräte - Messung nichtlimitierter Abgaskomponenten und der Dieselabgas-Partikeln - Abgasprüfverfahren - Abgasprüfung - Übersicht und Kritik - Abgasmeßtechnik - Quo Vadis? -