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Sekundärpartikel werden bei der Partikelmessung erfasst?
Hallo zusammen und Experten wie @GaryK @cepheid1 und alle anderen Sachkenner,
unter welchen Betriebsbedingungen entstehen bei Fahrzeugen mit Dieselmotor Sekundärpartikel ohne ursprünglichen Rußkern, wachsen an und werden bei der Partikelmessung im Rahmen der Abgasuntersuchung (AU) erfasst?
Das Thema Partikelmessung, andere Stichworte sind Partikelzahlmessung, Partikelanzahlmessung oder Messverfahren der Partikelanzahlkonzentration wird in verschiedenen MT-Foren diskutiert.
Suchergebnis 18.11.2024 14:24 : 483 Treffer für 2023 und 485 Treffer für 2024
Zitat:
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Der Grenzwert für die Messung von Partikeln im Rahmen der AU wurde auf 250 000 PN (Particle Number = Partikelzahl) pro cm3 festgelegt, wobei die folgenden Gründe angeführt werden:
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Nach den Untersuchungsergebnissen weist ein intakter Partikelfilter PN-Werte von weniger als 50.000 PN pro cm3 auf. Dieser Wert ist vergleichbar [bzw. entspricht] dem Typgenehmigungsgrenzwert auf dem Rollenprüfstand für die Partikelanzahl von 6x10^11 PN pro km (=600.000.000.000 Partikel pro km) für EURO 6 (PKW) / VI (LKW) Dieselfahrzeuge.
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Unter Berücksichtigung von Alterungseffekten, Messtoleranzen sowie der Rückführbarkeitskette (rückführbarer Messwert durch eine ununterbrochene Kette von Vergleichsmessungen mit bekannter Messunsicherheit) wurde ein Grenzwert von 250.000 PN pro ccm normiert, um die PN-Emissionen eines Fahrzeugs sicher als "zu hoch" einzustufen.
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Es wurde festgestellt, dass defekte Partikelfilter häufig deutlich über diesem Grenzwert liegende PN-Emissionen aufweisen, während Fahrzeuge mit intakten Partikelfiltern deutlich niedrigere PN-Emissionen haben.
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Der gesetzlich festgelegte Grenzwert von 250.000 PN pro cm3 entspricht etwa einer Partikelmasse von 2 mg PM (Particle Matter = Partikelmasse, Anwendung des Messverfahrens der Rauchgastrübung) pro km, der Typgenehmigungsgrenzwert auf dem Rollenprüfstand für die Partikelmasse liegt für Euro 5- und Euro 6-Dieselfahrzeuge normiert bei 4,5 mg/km PM.
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Sowohl Primärpartikel wie Ruß als auch Sekundärpartikel, die bei der Partikelzählung während der AU erfasst werden, beeinflussen das Messergebnis der Partikelanzahlmessung.
Zu den primären Partikeln gehört Ruß, zu den sekundären Partikeln Feinstaub, der entsteht, wenn z. B. gasförmige organische Stoffe wie Salpetersäure und Ammoniak, die unterhalb von 200 °C Ammoniumnitrat bilden, sich als Aerosolpartikel an winzige Nanopartikel anlagern und so zu größeren Partikeln anwachsen, die in das Fenster der Partikelanzahlmessung fallen.
Zitat:
Salpetersäure (HNO3) bildet sich durch die Reaktion von Stickstoffdioxid (NO2, wird im Oxikat angereichert) mit Wasser (H2O) unter Freisetzung von Stickstoffmonoxid (NO).
Aus dem Harnstoff AdBlue entsteht beim Erhitzen Ammoniak, in geringen Mengen auch Kohlendioxid (CO2) und Isocyansäure (HNCO). Ammoniak wird zur Reduktion von Stickoxiden benötigt. Im SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) entsteht in einer chemischen Reaktion aus Ammoniak, Stickoxiden und Sauerstoff ein Stickstoff-Wasserdampf-Gemisch. Unterhalb von 200 °C bilden sich kristalline Ablagerungen, die Ammoniumnitrat enthalten können.
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EURO6d-Fahrzeuge mit Dieselmotor sind hinsichtlich der Anordnung der Komponenten im Abgasnachbehandlungssystem identisch aufgebaut:
1. Dem Turbolader ist ein Oxidationskatalysator (DOC) nachgeschaltet. Dieser reduziert die Emissionen von Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC).
2. Nach dem DOC folgt die Harnstoffeinspritzdüse für den SCR-Katalysator. Dahinter befindet sich die notwendige Mischstrecke, in der der Harnstoff zu Ammoniak (NH3) reagiert.
3. Es folgen der DPF und der SCR-Katalysator. DPF und SCR-Katalysator befinden sich in einem gemeinsamen Gehäuse (sDPF).
Die genannten Komponenten sind in der Nähe des Motors angeordnet.
Bei modernen Dieselmotoren, wie z.B. dem EA288evo aus dem VW-Konzern oder dem OM654M von Mercedes, ist nach der motornahen Abgasnachbehandlungsstrecke im Unterboden eine zweite Einspritzdüse für das NOx-Reduktionsmittel AdBlue mit einem zweiten SCR-Katalysator und einem nachfolgenden Ammoniak-Sperrkatalysator angeordnet.
Zurück zur Frage:
Entstehen und wachsen unter diesen Betriebsbedingungen Sekundärpartikel, die bei der Partikelmessung im Rahmen der AU erfasst werden und zu erhöhten PN-Messergebnissen und damit zu einer Überschreitung des Grenzwertes von 250.000 PN/cm3 führen, ohne dass die Ursache ein gerissener DPF ist?
17 Antworten
...interessanter Post!
Eventuell ist der "Puffer" von 200.000 PN/cm3 groß genug, um Sekundärpartikel zu berücksichtigen - wenn die Art der Messung nicht differenzieren kann.
Ein defekter DPF - und der soll ja erkannt werden - produziert nach dem, was bei MT berichtet wird, ein Mehrfaches des Grenzwerts.
Ob die Behandlung von Dieselabgasen der richtige Weg ist, weiß wohl auch keiner.
Die Nasenlöcher bleiben jetzt zwar sauber, aber Resultat sind lungengänige Feinstpartikel, die sich mangels Grobpartikeln nicht mehr an diese anlagern können und Stoffe, die bei der DPF-Regeneration entstehen...von denen wir lieber garnichts wissen wollen.
In 2 Wochen ist mein EA288 evo zur ersten HU/AU dran. Ich werde vor allem das Partikelzählergebnis melden...
Hallo zusammen und @alexnoe81,
ich gehe davon aus, dass der "von dir begleitete" EA288evo im Rahmen der AU niedrige PN-Werte aufweisen wird, da dir ein abweichendes Emissionsverhalten sicher längst aufgefallen wäre. Deine im Anhang genannten Homepages
https://diesel-fakten.de/index.php/de/ und
https://diesel-fakten.de/index.php/de/vcds/ea288-evo-winter
zeugen jedenfalls von professioneller Kompetenz und sollten auch zur Pflichtlektüre eines jeden MT-Users gehören.
400 PN/cm3 war bei der ersten AU nach dem 01.07.2023 das Messergebnis unseres EA288 (2.0 TDI, 55 kW, EURO6b, ohne Evo, EZ 01/2017, 140.000 km).
Bei welchen Betriebszuständen wie Drehzahl und Motorlast wird beim EA288 nach einem Kaltstart die schmutzige Hochdruck-AGR zugunsten der saubereren Niederdruck-AGR stärker reduziert, um das AGR-Ventil besser vor Versottung zu schützen? Und wie unterscheiden sich dabei die Rohemissionen an Rußpartikeln?
Auf der Autobahn wird nach Möglichkeit eine Geschwindigkeit von nicht weniger als 123 km/h gefahren, da ich davon ausgehe, dass ab dieser Geschwindigkeit die AGR-Rate unseres NEFZ-zertifizierten Diesels und damit auch die Ruß-Rohemission sinkt.
Zitat:
@maxmosley schrieb am 18. November 2024 um 17:23:48 Uhr:
Eventuell ist der "Puffer" von 200.000 PN/cm3 groß genug, um Sekundärpartikel zu berücksichtigen
Hallo zusammen und @maxmosley,
bei der Bewertung des Grenzwertes von 250.000 PN/cm3 in Anlehnung an die schweizerische Verordnung SR 941.242 (Abgasprüfung für Baumaschinen) werden Sekundärpartikel in dem von der Bundesanstalt für Straßenwesen in Auftrag gegebenen Abschlussbericht nicht erwähnt.
Zitat:
Sekundärpartikel werden bei der Partikelmessung erfasst?
Meiner Einschätzung nach ja. "Partikel" ist alles, was das Gewicht des Filters erhöht, egal ob brennbar (Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoff) oder nicht (Asche, Metallabrieb). Interessant fände ich, wie viele Partikel nach einer Erhitzung des Abgases über den Oxidationspunkt von zum Beispiel Kohlenwasserstoffen noch übrig bleiben. Denn bei Dieselmotoren mit intakten Rußfiltern kann man manchmal eine Rauchbildung bei der aktiven Regeneration beobachten, aber im Endrohr findet man anschließend - bei intaktem Filter - trotzdem keine Rückstände, weshalb ich davon ausgehe, daß die hierbei emittierten "Partikel" schlichtweg verschwelter Kraftstoff (also im Grunde genommen feinst zerstäubtes, teiloxidiertes Dieselöl) darstellen, ähnlich wie man das zum Beispiel von einer ausgeblasenen Kerze kennt.
Zitat:
@abm_70 schrieb am 19. November 2024 um 10:40:42 Uhr:
Interessant fände ich, wie viele Partikel nach einer Erhitzung des Abgases über den Oxidationspunkt von zum Beispiel Kohlenwasserstoffen noch übrig bleiben. Denn bei Dieselmotoren mit intakten Rußfiltern kann man manchmal eine Rauchbildung bei der aktiven Regeneration beobachten ...
Hallo zusammen und @abm_70,
mit dem o.g. EA288-VW-Diesel bin ich wenige Tage nach bestandener AU/HU und nach begonnener und laufender DPF-Regeneration sofort zur Messstelle gefahren und habe eine Partikelanzahlmessung durchführen lassen. Ergebnis: in der Spitze über 16 Millionen Partikel, innerhalb von Sekunden schwankend auf 2 Millionen Partikel.
Also die Beobachtung, dass der Partikelausstoß bei oder direkt nach der Regeneration des DPF deutlich erhöht ist, kann ich definitiv teilen.
Auch nach Austausch oder externem Reinigen lautet die Empfehlung erstmal etwa 150km zu fahren bis sich ein sog. Wirk-Fließ aufgebaut hat.
Einen direkten Zusammenhang zu primären oder sekundären Partikeln kann ich dir dafür leider nicht nennen.
Aber dass Aerosole mit gemessen werden, klingt nicht unplausibel. Schließlich nutzt eines der beiden Messverfahren ja genau diesen Effekt: Isopropanol wird verdampft und haftet an den eigentlichen Partikeln an. Dadurch werden sie künstlich größer und optisch messbar/ zählbar.
Wie das Verhältnis zwischen primär und sekundär ist, weiß ich nicht. Ich habe nur beobachtet, dass Fahrzeuge, die warm am Ende mit 250 bis 2000 Partikeln bestanden haben im kalten Zustand noch 30.000 bis 40.000 Partikel ausgestoßen haben. Dabei wird ein Teil der erhöhten Anzahl wahrscheinlich auf das Aufwärmen des Motors mit motornaher Abgasrückführung zurückzuführen sein.
Aber das ist eine sehr dünne Datenlage über drei, vier Marken verteilt. Eher (noch) nicht zu verallgemeinern.
Zitat:
mit dem o.g. EA288-VW-Diesel bin ich wenige Tage nach bestandener AU/HU und nach begonnener und laufender DPF-Regeneration sofort zur Messstelle gefahren und habe eine Partikelanzahlmessung durchführen lassen. Ergebnis: in der Spitze über 16 Millionen Partikel, innerhalb von Sekunden schwankend auf 2 Millionen Partikel.
Das bestätigt meine Vermutung, interessante Messung. Da aber üblicherweise, außer bei gerissenem oder fehlenden Filter, keine Ablagerungen am Endrohr erkennbar sind, werden das wohl keine Feststoffpartikel (d.h. irgendetwas Flüchtiges) gewesen sein. Würde der Filter die Partikel lediglich sammeln, um sie beizeiten quasi "konzentriert" zu entlassen, würde dies das Vorhandensein einer Filteranlage ad absurdum führen.
Der Rußpartikelfilter soll den Ruß ( schädlich) reduzieren. Wenn er dann andere Partike entläßt......
P.S. in Büsum ( Luftkurort) ist die Feinstaubpartikelkonzentration enorm hoch. Kommt durch die eigentlich gewünschten Salzkristalle in der Nordseeluft. Eine Verkehrsmeßstelle würde sogar am autofreien Sonntag Alarm schlagen.
...darf man in Büsum trotzdem auf der Parkbank sitzen, wenn man eine FFP2-Maske trägt?
Ich versuche mal, auf alle Punkte einzugehen:
Emissionen während der DPF-Regeneration: Wenn ich mein Fahrzeug als Maßstab nehme, befindet er sich während <5% der Zeit in einer Regeneration. Hat man 2 Mio/cm³ während 5% der Zeit, und Werte unter 100.000/cm³ während 95% der Zeit, liegt man im langfristigen Durchschnitt immer noch bei 200.000/cm³. Die Rohemissionen ohne DPF liegen dagegen dauerhaft über 10 Mio/cm³.
Weitere Daten findet ihr unter dieser Studie auf Seite 90 (Fußzeile: "74"). Das ist die USA-Studie, in der VW überführt wurde (wobei ausschließlich NOx beanstandet wurde; die höheren CO- und Partikelemissionen während einer Regeneration haben niemanden überrascht und gelten auch in den USA nicht als Abschalteinrichtung o.ä).
In dieser Studie lagen die Partikelemissionen von Diesel-Fahrzeugen im Schnitt bei 0,11*10^11/km, wenn man DPF-Regenerationen ignoriert, und 0,58*10^11/km, wenn man die Peaks der Regenerationen in den langfristigen Schnitt einrechnet. Die relativen kurzen Phasen der Regeneration erhöhen den langfristigen Durchschnitt also immerhin auf das 5-fache. Aber Benziner lagen zum Vergleich bei 1,6*10^11/km. Man kann also sagen: der DPF tut, was er soll. Im langfristigen Durchschnitt ist er gut genug. Der Grenzwert liegt bei 6,0*10^11/km. Getestet wurden dabei ausschließlich Euro 6d-TEMP-Fahrzeuge.
Zitat:
@WalterE200-97 schrieb am 18. November 2024 um 22:28:42 Uhr:
Hallo zusammen und @alexnoe81,
ich gehe davon aus, dass der "von dir begleitete" EA288evo im Rahmen der AU niedrige PN-Werte aufweisen wird, da dir ein abweichendes Emissionsverhalten sicher längst aufgefallen wäre. Deine im Anhang genannten Homepages ... zeugen jedenfalls von professioneller Kompetenz und sollten auch zur Pflichtlektüre eines jeden MT-Users gehören.
400 PN/cm3 war bei der ersten AU nach dem 01.07.2023 das Messergebnis unseres EA288 (2.0 TDI, 55 kW, EURO6b, ohne Evo, EZ 01/2017, 140.000 km).
Ich freue mich natürlich über das Feedback, in diesem Fall ist das Fahrzeug aber leider gar nicht in der Lage, das zu beantworten, worum es hier geht. Zwar gibt es im EA288 evo einen Partikelsensor, aber dessen Messprinzip basiert auf der Annahme, dass die zu messenden Partikel Strom leiten. Der Partikelsensor ist im SSP 595 ab Seite 114 beschrieben. Ich bin sicher, dass man einen gebrochenen DPF damit erkennen kann, auch wenn dort eigentlich der Rußvolumenstrom gemessen wird, aber Sekundärpartikel aus Ammoniumnitrat und Ammoniak wird der nicht erkennen. Außerdem habe ich keinen Messkanal gefunden, der irgendwelche Werte, die aus dem Partikelsensor kommen, in irgendetwas umrechnet, was mir hilft. Wahrscheinlich würde bei gebrochenem Partikelfilter ein Fehlerspeichereintrag geschrieben, der sinngemäß sagt: Partikelvolumenstrom zu hoch.
Thema Ammonium-Nitrat:
Zitat:
@WalterE200-97 schrieb am 18. November 2024 um 16:45:43 Uhr:
Zu den primären Partikeln gehört Ruß, zu den sekundären Partikeln Feinstaub, der entsteht, wenn z. B. gasförmige organische Stoffe wie Salpetersäure und Ammoniak, die unterhalb von 200 °C Ammoniumnitrat bilden, sich als Aerosolpartikel an winzige Nanopartikel anlagern und so zu größeren Partikeln anwachsen, die in das Fenster der Partikelanzahlmessung fallen.
Dazu habe ich heute mal den Heimweg aufgezeichnet, beginnend in München-Moosach über den Frankfurter Ring, und zwar zu einer nicht so günstigen Zeit. Das Problem, dass Temperaturen unter 200°C auftreten, scheint es gar nicht zu geben. Im Standgas liegt die Abgastemperatur an der Turbine des Turboladers bei 190°C, und die DPF/SCR-Kombination ist nicht mehr unter 200°C gefallen, trotz einiger Ampeln, an denen ich mehrere Rotphasen lang stand. Für diesen Test habe ich die Start/Stop-Automatik abgeschaltet.
In der AU wird, soweit ich weiß, warm getestet, und nicht im Standgas, sondern schon darüber. Nach dem, was ich heute aufgezeichnet habe, treten da Temperaturen unter 200°C sicher nicht auf.
Außerdem kenne ich das Thema des Ammoniumnitrats eigentlich nur bei zu hohen NO2:NOx-Werten. Frühere Vanadium-basierte SCR-Katalysatoren von Euro IV-LKW brauchten hier einen Wert von 0,5, um bei niedriger Temperatur gut zu funktionieren, und bei über 0,5 kommt es bereits zu Bildung von Ammonium-Nitrat. Dagegen kommen Kupfer-Zeolith-Katalysatoren mit deutlich weniger NO2 aus, und vor allem ist das Band breiter. Man kann praktisch den DOC so beschichten, dass er nie NO2:NOx-Werte erzeugt, die am Ende wegen zu hohem NO2-Anteil zu Ammonium-Nitrat führen.
EDIT Das mit der Temperatur zur Zersetzung von Ammoniumnitrat stimmte so nicht, da habe ich etwas verwechselt. Aber Ammoniumnitrat zersetzt sich zu Lachgas, was man auch nicht haben will.
Zitat:
EURO6d-Fahrzeuge mit Dieselmotor sind hinsichtlich der Anordnung der Komponenten im Abgasnachbehandlungssystem identisch aufgebaut:
Nicht alle. Bei BMW gibt es welche mit Speicherkat + 1x SCR, und es gibt auch welche mit Speicherkat im DOC + 1x DPF/SCR + 1x SCR (z.B. VW 3.0 TDI ab Euro 6d, und ich glaube auch Mercedes OM 654M/656M).
...die Messwerte beziehen sich auf Standard-Diesel (B7)?
Gibt es Vergleichsmessungen bei Verwendung von HVO100 bzw. GTL?
Ich (BMW F11-535D - EUR5) fahre schon lange paraffinischen Diesel und merke einen stark reduzierten Rußeintrag ins Motoröl (Intervallanzeige Ölzustandssensor bzw. Sichtkontrolle Messstab).
Die Studie, aus der die Partikelzahlen stammen, die ich zitiert habe, nennt den genauen Kraftstoff gar nicht, aber da sie in Frankreich durchgeführt wurde, würde ich von B7 und E10 ausgehen, denn das sind die "Norm-Kraftstoffe" in Europa.
Vergleichsmessungen zwischen Erdöldiesel und HVO100 beziehen sich fast immer auf die Partikelzahl, denn die ist seit langem viel spannender als die Partikelmasse. Was du aber beobachtest ist eine Abnahme der Partikelmasse.
Zunächst einmal: Interessante Informationen!
Zitat:
@alexnoe81 schrieb am 19. November 2024 um 18:59:09 Uhr:
Die Rohemissionen ohne DPF liegen dagegen dauerhaft über 10 Mio/cm³.
Das habe ich schon mehrfach gelesen. Hättest Du vllt. eine Quelle dazu? Nicht daß ich Dir nicht glauben würde, ich hätte halt nur gerne etwas Lesestoff dazu. 
Zitat:
Aber Benziner lagen zum Vergleich bei 1,6*10^11/km.
Welche Motoren waren das? Aufgeladen oder nicht? Mit Direkt, - oder Saugrohreinspritzung? Es gibt nicht "den" Benzinmotor.