Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die energetischen Vorteile und die CO2-Minderung hybrider Antriebssysteme ergeben sich vorwiegend bei intermittierenden Lastzyklen, nur hier kann das Rekuperationspotential von wiederaufladbaren Energiespeichern genutzt werden. So ergibt sich in hybriden Antrieben die Nutzung des Prim\u00e4raggregates im energetisch vorteilhaften Aussetzbetrieb.
\nDen o. g. Vorteilen des Aussetzbetriebs im Hybridantrieb steht allerdings die deutliche Verschlechterung der Bedingungen f\u00fcr die Abgasnachbehandlung gegen\u00fcber. Derzeit ungel\u00f6ste Probleme stellen die Gestaltung des Thermomanagements und der Regenerationsphasen f\u00fcr das gesamte Abgasnachbehandlungssystem dar. Es stellt sich die Frage nach der Anpassung dieser Systeme an den Aussetzbetrieb. F\u00fcr eine derartige Anpassung ist es erforderlich, die Anforderungen zu definieren, denen ein neu gestaltetes System gerecht werden muss. Die Anforderungsanalyse f\u00fcr k\u00fcnftiges Thermomanagement und Regeneration dieselmotorischer Abgasnachbehandlungssysteme mobiler Maschinen mit Aussetzbetrieb stellt demnach den inhaltlichen Schwerpunkt dieses Projektes dar.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der ersten Projektphase soll die im Aussetzbetrieb arbeitende Freikolbenmaschine am Motorenpr\u00fcfstand des fif in Betrieb genommen und die Komponenten der Abgasnachbehandlung vorausgelegt werden. In der nachfolgenden ersten Messkampagne werden die Emissionsreduktionspotentiale der eingesetzten Abgasnachbehandlungskomponenten ohne zus\u00e4tzliches Thermomanagement ermittelt und die Auslegung f\u00fcr die nachfolgenden Versuche optimiert. In der zweiten Messkampagne werden die Emissionen im Aussetzbetrieb, ggf. mit zus\u00e4tzlichem Thermomanagement, mit erweitertem Messaufwand (detaillierte PM-Analytik) untersucht und optimiert. Die abschlie\u00dfende Messreihe dient der umfassenden Dokumentation der Emissionsminderungspotentiale des entwickelten AGN-Systems.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Es wurden Untersuchungen f\u00fcr die spezifischen Anforderungen an dieselmotorische Abgasnachbehandlungssysteme beim Aussetzbetrieb des Prim\u00e4raggregates hybrider mobiler Maschinen durchgef\u00fchrt. Der Aussetzbetrieb des Prim\u00e4raggregates wurde durch eine thermohydraulische Freikolbenmaschine auf einem Motorenpr\u00fcfstand dargestellt. Als repr\u00e4sentative typische Lastzyklen wurden ein Schwachlastzyklus (Zyklusdauer: 4.574 Sekunden) und ein VDI-Staplerzyklus (Zyklusdauer: 6.437 Sekunden) verwendet. Somit war eine gute Reproduzierbarkeit der Versuchsrandbedingungen gegeben. Das Temperaturniveau im Abgasstrang ist bei diesen Lastzyklen deutlich niedriger als bei kontinuierlichem Betrieb des Prim\u00e4raggregates, so dass eine konventionelle Abgasnachbehandlungstechnik unter diesen Temperaturrandbedingungen versagt. Es muss auch erw\u00e4hnt werden, dass die Besonderheit des Prim\u00e4raggregates aus der Sicht der thermischen Randbedingungen zu einer Versch\u00e4rfung der Anforderungen beitr\u00e4gt, da es beim Betrieb keinen Leelaufanteil und keine Teillast gibt, so dass in den Stillstandszeiten keinerlei exotherme Verbrennungsvorg\u00e4nge stattfinden und davon auszugehen ist, dass beim thermischen Gesamtniveau ung\u00fcnstigere Verh\u00e4ltnisse als mit Leerlauf- und Teillastanteilen vorliegen. Vorversuche mit einer thermisch isolierten Abgasanlage haben gezeigt, dass sich das thermische Niveau auch bei Aussetzbetrieb g\u00fcnstig beeinflussen l\u00e4\u00dft. Hier muss allerdings die Frage gekl\u00e4rt werden, ob das Kosten-Nutzen-Verh\u00e4ltnis im Zusammenhang mit den ohnehin erforderlichen Nachbehandlungskomponenten angemessen ist.
\nAls (passive) Abgasnachbehandlungskomponenten kamen ein Keramik – DOC, ein Metallit – DOC und ein Sintermetall – DPF zum Einsatz. Die Konversion (DOC) und Abscheidung (DPF) im Aussetzbetrieb ist in \u00e4hnlicher Weise ohne weitere Zusatzma\u00dfnahmen wie beim Station\u00e4rbetrieb gegeben, wobei die Konversionsraten im Aussetzbetrieb etwas geringer sind. Es zeigte sich, dass die besondere Problematik im Aussetzbetrieb die zuverl\u00e4ssige Regeneration des Partikelfilters ist. Dieses Problem scheint nur unter Zuhilfenahme weiterer aktiver Nachbehandlungskomponenten l\u00f6sbar zu sein.
\nMit dem elektrisch beheizbaren Partikelfiltersystem (SMF – AR) und einem speziellen Kraftstoffadditiv mit der Bezeichnung F51 von der Fa. HJS konnte der experimentelle Nachweis erbracht werden, dass eine zuverl\u00e4ssige, reproduzierbare Regeneration des Filters auch im Aussetzbetrieb realisiert werden kann. Allerdings ist daf\u00fcr Voraussetzung, dass nur in einer bestimmten Korrelation von Beladungszustand (Abgasgegendruck), damit einhergehendem Temperaturniveau im Abgasstrang, einer Dotierung des Kraftstoffs mit Additiv, Einsatz einer (elektrischen) Zusatzheizung und Zuf\u00fchrung von Sekund\u00e4rluft f\u00fcr den Russabbrand, die Filterregeneration gestartet wird.
\nDie diesbez\u00fcglichen Untersuchungen haben ergeben, dass auch ohne Zusatzheizma\u00dfnahme eine Regeneration durchgef\u00fchrt werden kann, wenn die anderen Parameter in entsprechender Korrelation vorliegen.
\nK\u00fcnftige Untersuchungen sollten sich damit befassen, die Grenzen einer sicheren Regeneration unter diesen Randbedingungen auszuloten und eine optimale Kombination unter m\u00f6glichst geringem, zus\u00e4tzlichen Energieaufwand zu erarbeiten.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Erste Posterpr\u00e4sentation von Zwischenergebnissen auf der 5. Fachtagung Baumaschinentechnik im September 2012 in Dresden. Weiterhin ist geplant, die Ergebnisse im Wissensportal Bau- und Baustoffmaschinen (www.baumaschine.de) nach Projektabschluss vorzustellen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit zwei Lastzyklen (Schwachlast, VDI-Staplerzyklus), die den Aussetzbetrieb (Start-Stopp-Betrieb) eines Prim\u00e4raggregates f\u00fcr mobile Anwendungen repr\u00e4sentieren, wurden die Einsatzm\u00f6glichkeiten von Abgasnachbehandlungskomponenten hinsichtlich Konvertierung von gasf\u00f6rmigen Abgasbestandteilen und Regeneration von Partikelfiltern untersucht. Es wurde deutlich, dass die am Markt verf\u00fcgbaren Nachbehandlungskomponenten prinzipiell f\u00fcr den Einsatz im Aussetzbetrieb geeignet sind. Ohne eine entsprechende Weiterentwicklung (Anpassung) kann aber den besonderen thermischen Randbedingungen im Aussetzbetrieb nicht Rechnung getragen werden. Es m\u00fcssen entsprechende Kombinationen von Temperaturniveau im Abgasstrang, Beladungszustand des Partikelfilters, Additivkonzentration, Einsatz einer Zusatzheizung und Verwendung von Sekund\u00e4rluft f\u00fcr den Russabbrand ber\u00fccksichtigt werden. Weitere Untersuchungen sollten der Erarbeitung von optimalen Kombinationen dienen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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