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Titelaufnahme

Titel
Fast measurement and estimation of transient soot emission from a production Diesel engine / submitted by Zhen Zhang
Weitere Titel
Schnelle Messung und Einschätzung der transienten Rußemission eines Dieselmotors
VerfasserZhang, Zhen
Begutachter / Begutachterindel Re, Luigi ; Bergmann, Alexander
ErschienenLinz, February 2017
Umfang132 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Univ., Dissertation, 2017
Anmerkung
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)transiente Rußemission / Laser Induced Incandescence / Rußmessung / Hybridsensor für Ruß
Schlagwörter (EN)transient soot emission / laser induced incandescence / soot measurement / hybrid sensor for soot
Schlagwörter (GND)Dieselmotor / Rußemission / Messung / Sensor / Elektromagnetische Strahlung / Laserinduziertes Verfahren
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-14285 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
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Fast measurement and estimation of transient soot emission from a production Diesel engine [10.47 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Der Beitrag der transienten Emissionen zur Gesamtemission wird angesichts der Verringerung von stationären Emissionen, Nachbehandlungssystemen und der anstehenden EU6d-Emissionsverordnung immer wichtiger. Diese neue Gesetzgebung wird auch Anforderungen an die Real Driving Emission beinhalten, die mehr transiente Teile enthalten. Für einen kritischen Schadstoff von Dieselmotoren, nämlich Ruß, gibt es keine Geräte, die im Handel erhältlich sind, um sie genügend schnell auf Produktionsmotoren zu messen. Diese Arbeit präsentiert einen neuen Hybridsensor basierend auf einem In-situ Laser Induced Incandescence(LII) Gerät dieser ermöglicht schnelle Reaktion und Hochfrequenz-Ruß-Messungen in einem Produktions-Motor. Der gesamte Aufbau besteht aus einem gepulsten Lasersystem, einemschnellen optischen Detektor und einer speziellen, kompakten, in-situ-optischen LII-Sonde, die es ermöglicht, den Messort zu verändern. Diese Arbeit schlägt eine Kalibrierungsmethode vor, die es ermöglicht, die LII-Messungen auf Rußemission zu beziehen. Zu diesem Zweck werden zunächst die ersten prinzipiellen Ansätze analysiert und dann ein hybrider Sensor durch datenbasierte Methodenabgeleitet. Dieser Hybridsensor kombiniert Informationen, die sowohl die Motorarbeitsbedingungen als auch die Signale des LII-System betreffen. Seine Kalibrierung erfolgt nur mit Steady-State-Werten, seine Leistung wird jedoch durch Vergleiche mit dem AVL Opacimeter unter stationären Bedingungen und transienten Bedingungen (FTP-Zyklus und NEDC-Zyklus) bewertet. Um die Dynamik des Hybridsensors zu validieren, wäre eine schnelle Referenz erforderlich. Versuche, eine Zylinder-2C-Spektroskopie zu verwenden, lieferten keine schlüssigen Antworten. Es ist jedoch bekannt, dass In-Zylinder-Druckdaten zur Modellierung von motorbezogenen Größen, insbesondere für NOx-Emission, verwendet werden können. In diesem Fall wurde ein virtueller Rußsensor, basierend auf der stückweisen Hauptkomponentenanalyse, entworfen. Obwohl seine absolute Präzision begrenzt ist, liefert er eine verzögerungsfreie Schätzung von einem gegebenen Zylinder. Die verzögerte Zeit von Verbrennung zu LII-System oder Opacimeter kann leicht angezeigt werden. Der Vergleich zwischen Modell- und LII-Messung bestätigt die frühere Reaktion des hybriden Sensorsystems. Mit Hilfe des virtuellen Sensors kann auch die transiente Verzögerungszeit eines Hybridsensors berechnet werden. Schließlich werden die Schlussfolgerung und die Perspektiven dieser Arbeit zusammengefasst. Dies wird weitere Untersuchungen und die Weiterentwicklung der LII-Messmethode für transiente Rußmessung bis hin zur zylinderselektiven Rußmessung unterstützen.

Zusammenfassung (Englisch)

The contribution of transient emissions to total emission is becoming more important in view of the reduction of steady state emissions, after-treatment systems, and the upcoming EU6d Emission Regulation. This new legislation will include requirements on the Real Driving Emission which include more transient parts. For a critical pollutant from Diesel engines, namely soot, there are no devices commercially available to measure it sufficiently fast on production engines. This thesis presents a new hybrid sensor based on in-situ Laser Induced Incandescence (LII) device allowing fast response and high frequency soot measurements in a production engine. The whole setup consists of a pulsed laser system, a fast optical detector and a special, compact designed in-situ optical LII probe, which makes it possible to change the measurement location. This work proposes a calibration method to allow relating the LII readings to soot emission. To this end, the first principle approaches are first analyzed, and then a hybrid sensor is derived by data-based methods. This hybrid sensor combines information related to both the engine working conditions and the readings of the LII. Its calibration is done using only steady state values, but its performance is assessed by comparisons with the AVL Opacimeter under both steady states and transient conditions (the FTP cycle and NEDC cycle). In order to validate the dynamics of the hybrid sensor, a fast reference would be needed. Attempts to use an in cylinder 2C spectroscopy did not provide conclusive answers. However, it is known that in-cylinder pressure data can be used for modeling of engine related quantities, in particular for NOx emission. In this case a virtual soot sensor, based on piecewise principal components analysis (PCA), was designed. Although its absolute precision is limited, it provides a delay-free estimation from a given cylinder. The lagged time from combustion to LII system or Opacimeter can be easily displayed. The comparison between the model and LII measurement confirms the earlier response of hybrid sensor systems. With the help of the virtual sensor, the transient delay time of a hybrid sensor can also be calculated. Finally, a conclusion and an outlook of this work are summarized. They will aid to the further research on the evolution process of soot during LII, the measurement of transient soot and even the soot from selective cylinders.