Projekt 11304/01

Errichtung, Einsatz und Weiterentwicklung eines Prototyp-Rußfiltersystems mit elektrischer Regeneration für einen stationären Motorprüfstand

Projektträger

Thomas Josef Heimbach GmbH & Co. KG
Am Gut Nazareth 73
52353 Düren
Telefon: 02421/802-431

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Kennzeichnend für den Dieselmotor ist der prozessbedingte Verbrauchsvorteil und der damit im Vergleich zum Ottomotor geringere CO2-Ausstoß. Nachteilig sind die Rußemissionen im Abgas des Dieselmotors, insbesondere auf Grund ihrer kanzerogenen Wirkung. Die Möglichkeiten der Rußemissionsminderung durch innermotorische Maßnahmen sind prozessbedingt begrenzt. Eine weitere signifikante Reduzierung der Rußemissionen erscheint derzeit nur durch den Einsatz geeigneter Rußfilter machbar.
Im Rahmen des Projektes sollte der Prototyp eines Dieselrußfilters aus SiC, der von der Firma Heimbach in Zusammenarbeit mit dem Institut für keramische Komponenten im Maschinenbau der RWTH Aachen (IKKM) entwickelt worden ist, auf seine Eignung getestet werden.
Generelles Ziel sollte der Tauglichkeitsnachweis des Filtersystems an einem Motorenprüfstand als zuverlässig arbeitendes Partikelfiltersystem sein. Das Projekt war ausgerichtet auf stationäre und quasistationäre Dieselaggregate mit einer Motorgröße im Bereich bis ca. 300 kW. Der Tauglichkeitsnachweis war durch eine 600-h-Langzeiterprobung zu erbringen. Die Ergebnisse sollten dazu dienen, Perspektiven für Großdieselmotoren bis zu mehreren MW (Schiffsdiesel etc.) zu eröffnen. Ebenso war daran gedacht, dadurch den Einsatz in Fahrzeugdieseln vorzubereiten. Parallel zu den Versuchen erarbeitete das Institut für Prozess- und Anwendungstechnik Keramik an der RWTH Aachen (IPAK) Möglichkeiten der Qualitätssicherung.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Einrichtung des Motorenprüfstandes beim Wissenschaftlich-Technischen Zentrum für Motoren- und Maschinenforschung gGmbH (WTZ) wurde ein Dieselruß-Partikelfilter aus SiC bei Firma Heimbach hergestellt. Das Filtergehäuse, die elektrisch in Reihe geschalteten Filterelemente aus SiC-Wabenkörpern und die elektronische Regenerationseinheit wurden konstruiert und gefertigt. In Laborversuchen wurden eine Reihe von Ankopplungsvarianten für die elektrische Kontaktierung erprobt. Eine Erfolg versprechende Ausführung, die als Anpassungsmodul zwischen SiC-Keramik und metallischem Leiter TiB2-Plättchen verwendete, wurde für den Aufbau des Partikelfilters genutzt. Der Filter enthielt 8 Module aus jeweils 4 Wabenkörpern, die durch keramische Papiere voneinander elektrisch isoliert waren. Als Motor wurde ein Einzylinder-Viertakt-Versuchsmotor gewählt mit einer Leistung von 96 kW.


Ergebnisse und Diskussion

Die Filtrationseigenschaften der SiC-Waben bestätigten sich bei verschiedenen Lastzuständen als sehr gut (Abscheidegrad > 90 %). Hingegen konnte die Abreinigung durch elektrisches Aufheizen nur kurzzeitig betrieben werden, da die elektrischen Ankoppelungen dem Praxistest nicht Stand hielten und sich von der Keramik ablösten. Dadurch wurde es schwierig, das Differenzdruckverhalten des Filters über die Zeit zu beobachten. Um jedoch die Filtrationseigenschaften beurteilen zu können, wurde die Abreinigung durch innermotorische Maßnahmen, die zu höheren Abgastemperaturen führten, vorgenommen. So konnte die Filtrationseigenschaft während mehrerer Abreinigungszyklen getestet werden.Die notwendig gewordenen Entwicklungsarbeiten zur Erreichung der erforderlichen Standzeiten der Filter waren innerhalb des Projektzeitraums nicht zu erledigen und auch nicht Gegenstand des bewilligten Vor-habensumfangs. Insofern wurde der Projektablauf unterbrochen. Nach 18 Monaten Entwicklungszeit ist dieses Problem gelöst worden. Die Kosten dafür wurden ausschließlich von Firma Heimbach getragen. Die gefundene Lösung wurde am hauseigenen Prüfstand getestet und in einer Reihe von Feldversuchen erfolgreich bestätigt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Über die inzwischen erzielten Weiterentwicklungen wurde in mehreren Vorträgen berichtet. Einzelne Exponate wurden auf Kolloquien und Messen ausgestellt.


Fazit

Auf Grund der zeitlichen Verzögerung steht bei der WTZ kein Motor mit ca. 250 kW mehr zur Verfügung. Eine Weiterführung des Fördervorhabens würde keine neuen Erkenntnisse bringen, da die Funktion und Eignung der Filter durch Praxisversuche bestätigt werden konnte. Von daher wurde der Beschluss gefasst, das Projekt nicht weiter zu verfolgen, sondern abzubrechen, um keine unnötigen Kosten zu verursachen. Wenn auch innerhalb des Projektes nicht die gewünschten Ziele unmittelbar erreicht wurden, so haben uns die Ergebnisse Schwächen aufgezeigt, die in der Zwischenzeit alle behoben werden konnten. Der von Firma Heimbach konzipierte Dieselrußpartikelfilter wird zur Zeit in weiterentwickelter Konzeption in Feldversuchen ausgetestet, um die Serientauglichkeit sicherzustellen. Weitere Arbeiten werden sich zukünftig mit dem Scale up der Produktion beschäftigen.

Übersicht

Fördersumme

102.258,38 €

Förderzeitraum

26.09.1996 - 01.12.2000

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik