Veraschter Diesel-Partikelfilter zur Messung des Katalysatorwirkungsgrades mit einer simulierten Laufzeit von 200.000 km.
TU Braunschweig
Künftig sollen Partikelfilter nicht nur für Diesel, sondern möglicherweise auch für Ottomotoren zur Anwendung kommen. Für ihre Entwicklung und Zulassung müssen sie aufwendige Verfahren durchlaufen. Wissenschaftler vom Institut für Verbrennungskraftmaschinen der Technischen Universität Braunschweig wollen diese Verfahren in Zukunft effizienter gestalten.
Obwohl der Katalysator vor allem mit dem Ottomotor und der Rußpartikelfilter mit dem Dieselmotor in Zusammenhang gebracht werden, kommen unterschiedliche Katalysatorsysteme auch bei Dieselmotoren zum Einsatz. Eine vergleichbare Entwicklung, so prognostiziert Dipl.-Ing. Fabian Sonntag vom Institut für Verbrennungskraftmaschinen (IVB) der TU Braunschweig, sei auch für den Partikelfilter zu erwarten: Aufgrund strengerer gesetzlicher Vorgaben, könnte es eventuell bald entsprechende Systeme für Ottomotoren geben, denkt der Teamleiter für Emissionen und Kraftstoffe des IVB. Im Rahmen seines Promotionsprojektes hat er sich mit der Bewertung von Verfahren zur Veraschung von Partikelfiltern auseinandergesetzt.
Rückstände aus Ruß und Asche verändern Eigenschaften
Im Gegensatz zum Katalysator, bei dem auf unterschiedliche Weise die Schadstoffe abgebaut werden, halte der Filter schädliche Partikel aus den Abgasen zurück, damit diese nicht in die Umwelt gelangen. "Diesel-Rußpartikelfilter bestehen wie Katalysatoren aus einer großen Anzahl kleiner Kanäle, die jedoch wechselseitig verschlossen sind. Dadurch ist das Abgas gezwungen, die Kanalwände zu durchströmen, dabei entsteht die Filtrationswirkung", erläutert Sonntag. Die Rückstände aus Ruß und Asche veränderten allerdings die Eigenschaften des Filters. Der Differenzdruck erhöhe sich und damit steige der Kraftstoffverbrauch. Filter würden daher aktiv regeneriert, indem der angesammelte Ruß verbrannt werde, erläutert der Forscher. "Im Gegensatz zum Ruß lässt sich jedoch die Asche nicht entfernen. Sie sammelt sich im Laufe eines Fahrzeuglebens im Filter an und sorgt damit für eine Erhöhung des Gegendrucks. Durch die Asche verringert sich die Ruß-Speicherkapazität des Filters und das Motorsteuergerät leitet häufiger Regenerationen ein. Dies führt neben dem hohen Gegendruck zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs", erklärt Sonntag.
Schnellveraschung von Dieselpartikelfiltern
Um Diesel-Rußpartikelfilter (DPF) oder künftige Otto-Partikelfilter (GPF) zu entwickeln und später auch zuzulassen, gibt es laut Sonntag, für deren Bewertung aufwendige Untersuchungsverfahren: Dabei müssten die Filter, nüchtern betrachtet, eigentlich nur ihre Funktion erfüllen. Ganz so einfach sei es jedoch. Im Rahmen seines Promotionsprojektes hat Abgasexperte Fabian Sonntag unterschiedliche Verfahren verglichen und eines von ihnen weiterentwickelt.
"Ein einfaches und gleichzeitig aufwendiges Verfahren ist, den Filter auf einem Motorenprüfstand über die gesetzlich vorgeschriebene Laufzeit zu betreiben", erläutert Sonntag. Für sein Projekt bedeutete dies, in 300 Betriebsstunden eine Strecke von 50.000 Kilometern zurückzulegen und über 4000 Liter Kraftstoff zu verbrennen. So erhalte man einen praxisnahen Zustand des Filters. Das herkömmliche, zeit- und kraftstoffintensive Verfahren lieferte dem Maschinenbauingenieur wichtige Referenzdaten, um einen Vorschlag für ein verbessertes Prüfverfahren entwickeln zu können.
Gegendruck und Ascheverteilung
"Wichtige Parameter für die Bewertung des Partikelfilters sind der Gegendruck sowie die Form und die Verteilung der Asche im Filter", betont Fabian Sonntag. Im Rahmen seiner dreijährigen Forschungsarbeit entwickelte er ein bekanntes Verfahren weiter, bei dem durch die Einspritzung von Öl vergleichbare Ergebnisse erzielt werden können. "Mit dem weiterentwickelten Verfahren benötigen wir allerdings nur noch einen Drittel der Zeit und des Kraftstoffes und könnten damit die Bewertung neuer Filtergenerationen schneller und günstiger ermöglichen", fasst Sonntag zusammen. Eine nächste Herausforderung, wie der Emissions- und Kraftstoffexperte des IVB verrät, werden Prüfverfahren sein, die nicht mehr am Motorprüfstand, sondern im Realbetrieb an Fahrzeugen stattfinden.
Zum Promotionsprojekt
Das Promotionsprojekt "Schnellveraschung von Dieselpartikelfiltern" wurde von 2012 bis 2014 von der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) gefördert und am Institut für Verbrennungskraftmaschinen unter der Leitung von Professor Dr.-Ing. Peter Eilts von Dipl.-Ing. Fabian Sonntag durchgeführt.