Glycocat Phase 3 (Notregeneration von Dieselpartikelfiltern - Feldversuche)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 318.43.09

Schlüsselwörter (Deutsch)

Partikelfilter, Dieselmotoren, Regeneration, Notregeneration, Glycol, CRT-Filter, Realeinsatz, Datenlogger. Nachrüstung

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Partikelfilter in Dieselfahrzeugen enthalten einen porösen Keramikblock, in dem die Russpartikel zurückgehalten werden. Damit der Partikelfilter nicht verstopft, muss der abgesetzte Russ von Zeit zu Zeit verbrannt werden (=Regeneration). Der grösste Anteil der installierten Systeme gehört zu den sogenannten CRT-Filtern, bei denen vor dem Partikelfilter ein Oxidationskatalysator installiert ist. Dieser produziert Stickstoffdioxid, welches so stark oxidierend ist, dass es den Russ in den Filterporen verbrennt. Diese Art von Regeneration funktioniert jedoch nur bei Abgastemperaturen >220°C zuverlässig. Wenn die Abgastemperatur über längere Zeit zu tief ist, kann der Partikelfilter verstopfen, was zu hohen Kosten und viel Umtrieben führt. Diese Ausnahmesituation kann jedoch mit einem geeigneten System zur Notregeneration überbrückt werden.

In den Vorgängerprojekten UTF 223.14.07 und UTF 292.17.09 wurde ein System zur Notregeneration von mit Russ beladenen Partikelfiltern entwickelt, das Glycocat-System. Dabei wird Glycol in das Abgas eingedüst und auf dem vorgelagerten Oxidations­katalysator exotherm verbrannt, sodass das Abgas auf die erforderliche Regenerationstemperatur des Partikelfilters aufgeheizt wird.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Druck- und Temperaturprofile von mindestens fünf verschiedenen Fahrzeugen aus dem Realeinsatz in über 100 Betriebsstunden (Meilenstein 1)
   
2. Programmierte Datenlogger gemäss klar definierter Regelungsstrategie (Meilenstein 2)
   
3. Funktionierendes Glycocat-Nachrüstsystem, das bei wenigstens fünf verschiedenen Fahrzeugen den Partikelfilter mindestens zweimal im Realbetrieb regeneriert hat und dessen Herstellerkosten höchstens CHF 1'000.- betragen (Meilenstein 3)
   
4. Resultate aus einer Konformitätsprüfung bei der Abgasprüfstelle der Berner Fachhochschule (Leitung: Prof. Jan Czerwinski), die die Unbedenklichkeit in Bezug auf Umweltemissionen des Systems bescheinigen.
   
5. Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1. bis 3.
   
6. Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets
   
7. Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

Im vorliegenden Projekt soll das Glycocat-System als Bausatz zur Nachrüstung von Diesel-Fahrzeugen mit CRT-Filtern weiterentwickelt und im Realeinsatz getestet werden. Damit das Glycocat-System mit CRT-Filtern von unterschiedlichen Herstellern eingesetzt werden kann, muss es unabhängig von der bereits im Fahrzeug vorhandenen Peripherie funktionieren und über eine eigene Datenverarbeitung verfügen.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Die besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn das Glykol nicht einfach in den Abgasstrom getropft wurde, sondern es mittels einer Einstoffdüse eingebracht wurde. Durch diese Massnahme war das Glycokat-System in der Lage, Regenerationen schon bei Temperaturen ab 200°C durchzuführen und die Verdampfungsstrecke konnte deutlich kürzer gewählt werden.
Da beim Einschalten einer Pumpe der Maximaldruck nicht sofort zur Verfügung steht, wurde der Glykol mit einem Druck von 10 bar im Kreislauf geführt. Mittels eines Magnetventils wurde bei Bedarf der Zulauf zur Düse über die Regelung geöffnet und so der Glykol beim Maximaldruck in den Abgasstrom eindosiert. Diese Massnahmen erforderten eine komplette Überarbeitung der Software und führten dazu, dass das System bereits bei sehr tiefen Abgastemperaturen die gewünschte Temperaturerhöhung herbeiführte. Das Glycokat-System war somit in Stande, die Temperatur während der Regeneration auch unter dynamischen Bedingungen genügend konstant zu halten, um den Regenerationsprozess reibungslos zu gewährleisten. Trotz dynamischem Betrieb wurde die Solltemperatur vom Glycokat-System konstant um 550°C gehalten. Der Russ im Filter brannte innerhalb von 30min grösstenteils ab, die Regeneration war erfolgreich. Für die Regeneration wurden 3l Glykol benötigt.  Der Gegendruck über den Filter reduzierte sich nach der Glykoleindüsung markant. Eine völlige Regeneration bis auf den Gegendruck des unbeladenen Filters wäre zwar möglich, würde jedoch relativ lange dauern und ist für den Zweck einer "Notregeneration" auch gar nicht notwendig.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Der Glycokat ist in der Lage, eine autonome Regeneration eines mit Russ zugesetzten Partikelfilters im Realbetrieb (dynamisch, auf der Strasse) durchzuführen. Damit ist er bei deutlich tieferen Abgastemperaturen einsetzbar als vergleichbare Verfahren (z.B. Dieseleinspritzung). Wenn in einem Anwendungsfall die Abgastemperaturen bei >240°C liegen oder das Abgas auf dem Weg zum Katalysator stark verwirbelt wird, kann auf die Verdüsung des Glykols verzichtet werden und dieser einfach eingetropft werden.

Für die optimale Funktionsweise des Glycokat-Systems sind folgende Parameter entscheidend:
• Die Verdüsung des Glykols ermöglicht den Einsatz des Systems bei deutlich tieferen Abgastemperaturen als z.B.eine katalytische Dieselverbrennung und sorgt für optimalen Glykolumsatz.
• Eine optimale Glykolverteilung über den Katalysator wird erreicht, indem das Glykol gegen die Strömungsrichtung des Abgases eingedüst wird oder ein Verwirbler (statischer Abgasmischer) eingesetzt wird.
 • Das Thermoelement nach dem Katalysator muss im unteren Drittel des Katalysators positioniert werden, da dort die höchsten Temperaturen auftreten.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Die Problematik von verstopften Partikelfiltern im täglichen Einsatz beim Anwender hat sich in den letzten Jahren, seit der Idee des Glycokat-Systems und den Vorprojekten, deutlich entschärft. Grund dafür sind die immer besser auf die jeweiligen Einsatzgebiete abgestimmte Partikelfiltersysteme. Die meisten Hersteller liefern ihre Fahrzeuge heutzutage mit Partikelfiltern aus, wobei deren Überwachung und Regeneration gleich in die Motorsteuerung integriert ist. Somit kann eine Regeneration durch innermotorische Massnahmen relativ einfach herbeigeführt werden.
Grosses Interesse am Glycokat-System besteht in Nischenanwendungen, z.B. bei unserem Projektpartner EHC Teknik. EHC Teknik wird auf eigene Kosten die Glycokat-Technologie so anpassen, dass sie optimal zu deren Anwendungen im Offroad-Bereich passt. Es ist geplant, dass EHC das System in der Folge an seine Endkunden verkauft.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Keine