Zusammenfassung und Ausblick
Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wurde die Eignung eines von der
Volkswagen AG bereitgestellten Abgasnachbehandlungssystems bei Biodiesel- (RME-) und
wechselweisem Diesel Kraftstoff- und RME-Einsatz an einem 4-Zylinder-Reihenmotors, 1,9 l TDI mit
Pumpe-Duese-Einspritzung (PDE) untersucht.
Die Beladung und die diskontinuierliche, additivunterstuetzte Regeneration des SiCPartikelfilters
erfolgten im stationaeren Teillastbetrieb des Motors bei n = 1790 1/min, Md = 39 Nm,
einem Punkt aus dem sog. AMA-Zyklus. Das Additiv „satacen 2“ (Eisenbasis) wurde dem
jeweiligen Motorkraftstoff bereits im Tank zugemischt.
Die mit additiviertem RME begonnenen Untersuchungen zeigten folgende Ergebnisse:
Partikelfilterbeladung· Die Beladung des Partikelfilters erfolgte bei RME gegenueber Diesel Kraftstoff deutlich langsamer.
Die Zeit fuer die Beladung mit der vorgegebenen maximalen Russmenge von 15 g
verlaengerte sich bei unterbrechungsfreiem Beladevorgang annaehernd auf den 3- bis
4,5-fachen Wert. Die zulaessige Beladezeit verringerte sich bei Erhoehung der mittleren
Schwaerzungszahl des Beladevorgangs.
· Bei gleichen mittleren Schwaerzungszahlen der Beladevorgaenge waere bei RME die auf
dem Filter stuendlich angesammelte Russmasse geringer als bei Diesel Kraftstoff.· Durch die unterschiedliche Beschaffenheit von RME- und Diesel Kraftstoff-Russ bewirkte die auf dem
Filter angesammelte RME-Russmasse gegenueber einer gleich grossen Diesel Kraftstoff-Russmasse eine
hoehere Druckdifferenz ueber dem Filter: 4,75 g RME-Russ und 6,83 g Diesel Kraftstoff-Russ erzeugten
jeweils als Durchschnittswert der unterbrechungsfreien Versuche eine Erhoehung der
Druckdifferenz um 1 kPa.· Mit zunehmender Beladezeit wurden bei RME ansteigende und bei Diesel Kraftstoff abfallende
Schwaerzungszahlen gemessen.
· Bei unterbrechungsfreier Beladung stieg die Druckdifferenz bei RME und Diesel Kraftstoff ueber der
Beladezeit und in Abhaengigkeit von der Schwaerzungszahl kontinuierlich an. Der Anstieg
bei RME war erheblich geringer als bei Diesel Kraftstoff und zeigte auf Grund unterschiedlicher
mittlerer Schwaerzungszahl je Beladevorgang voneinander abweichende Verlaeufe.
· Wurde der Beladevorgang bei RME ein- oder mehrmals ueber mehr als 1,5 Stunden
unterbrochen, stieg die Druckdifferenz, bezogen auf die gesamte Beladedauer, nicht mehr
kontinuierlich an. Trotz zunehmender Russansammlung auf dem Filter erhoehte sich die
Druckdifferenz in jeder Beladeperiode im Extremfall nur bis auf dp = 2 kPa. Bei derart
unterbrochener Beladung war die Druckdifferenz kein Mass fuer den Beladezustand des
Filters.
· Bei Diesel Kraftstoff erfolgte nach dem Neustart wiederum ein kontinuierlicher Anstieg der
Druckdifferenz, die bei Beladungsende gegenueber unterbrechungsfreier Beladung nur um
ca. 0,2 kPa niedriger war.
· Waehrend der Beladevorgaenge wurden die limitierten gasfoermigen Schadstoffe im
Rohabgas fuer beide Kraftstoffe mit annaehernd gleicher Konzentration gemessen.
· Messungen nach dem Abgasnachbehandlungssystem zeigten, dass mit Ausnahme der NOund
NO2-Konzentration sowohl die NOx-, die HC-, die CO-, die CO2- und die O2-
Konzentration sich waehrend der Beladung bei beiden Kraftstoffen nur unwesentlich
voneinander unterschieden haben.
· Der CRT-Effekt war bei Diesel Kraftstoff gegenueber RME staerker ausgepraegt, was am steileren Abfall
der NO2-Konzentration bis nahe Null und gleichzeitigem Anstieg der NO-Konzentrationueber der Beladezeit erkennbar ist.
Regeneration
· Die motorischen Parameter fuer die diskontinuierliche additivunterstuetzte Regeneration
waren fuer RME optimiert und sind bei Diesel Kraftstoff ohne aenderung uebernommen worden.
· Die Regenerationsvorgaenge verliefen bei beiden Kraftstoffen grundsaetzlich aehnlich.· Bei RME stellte sich im Ergebnis der Regeneration stets eine niedrigere Druckdifferenzueber dem Filter als bei Diesel Kraftstoff ein. Dieser Wert ist als Mass fuer die Vollstaendigkeit der
Regeneration anzusehen.
· Durch die Gewichtsbestimmung des Filters vor und nach den Regenerationsvorgaengen
wurde bestaetigt, dass die Regenerationsvorgaenge bei RME vollstaendiger als bei Diesel Kraftstoff
waren. Die bei zunehmender Filterlaufzeit nach der Regeneration bleibende
Gewichtserhoehung betrug bei RME nur etwa 50 % der bei Diesel Kraftstoff ermittelten Erhoehung.
· Im Anschluss an die mit Diesel Kraftstoff gefahrenen Untersuchungen zeigten die mit RME
durchgefuehrten Versuche wiederum, dass die Regeneration bei RME effektiver als bei Diesel Kraftstoff
war: Druckdifferenz und Filtergewicht wurden im Vergleich zur vorhergehenden
Regeneration, die bei Diesel Kraftstoff erfolgt war, deutlich verringert.· Sowohl bei RME als auch bei Diesel Kraftstoff war die Regeneration bei Volllast wirksamer als die
Regeneration bei Teillastbetrieb des Motors.
· Hinsichtlich der nach dem Partikelfilter gemessenen Schadstoffkonzentrationen konnten
in der Regenerationsphase keine signifikanten Unterschiede zwischen beiden Kraftstoffarten
festgestellt werden.
Balance Point-Bestimmung
Die Balance Point-Bestimmung wurde mit additiviertem RME, additiviertem Diesel Kraftstoff, RME ohne
Additivzugabe und Diesel Kraftstoff ohne Additivzugabe durch die Variation der Motorlast bei konstanter
Drehzahl vorgenommen:
· Das Gleichgewicht zwischen Russansammlung auf dem Filter und Russoxidation, bei
konstantem Drehmoment erkennbar an dem konstanten Verlauf der Druckdifferenz ueber
der Zeit, stellte sich bei additiviertem RME gegenueber additiviertem Diesel Kraftstoff mit um 18 °C
niedrigerer Temperatur vor dem Filter und 10 Nm geringerem Drehmoment ein.
· Die Ergebnisse fuer additivierten Diesel Kraftstoff und Diesel Kraftstoff und RME ohne Additivzugabe zeigten
annaehernd gleiche Werte.
Gewichtszunahme des Partikelfilters
Erwartungsgemaess erfolgte mit zunehmender Filterlaufzeit eine Gewichtserhoehung des Filters:
· Das Filtergewicht wurde waehrend der Filterlaufzeit von 189 Stunden zwischen der ersten
und der letzten Regeneration um 11,8 g erhoeht.
· In der Gesamtlaufzeit des Filters ueber 213 Stunden wurden 610 Liter Kraftstoff
durchgesetzt, wovon 446 l RME und 126 l Diesel Kraftstoff insgesamt 203,5 ml Additiv zugemischt
waren und 24 l RME sowie 14 l Diesel Kraftstoff ohne Additivzusatz zum Einsatz kamen.
· Unter der Annahme, dass die Gewichtserhoehung des Filters von 11,8 g bei dem erfolgten
wechselweisen RME/Diesel Kraftstoff-Betrieb ausschliesslich auf Ascherueckstaende des Additivs„satacen 2“ zurueckzufuehren ist, betraegt der Ascherueckstand ca. 6,3 % der dem Kraftstoff
zugemischten Additivmasse „satacen 2“. Die im Dieselkraftstoff und im Motorenoel
vorhandenen Additive koennen jedoch ebenfalls zur Aschebildung beitragen.
Ausblick
Die bei stationaerem Teillastbetrieb des Motors durchgefuehrten Untersuchungen lieferten erste
Ergebnisse hinsichtlich der Auswirkungen von RME sowie des wechselweisen RME- und
Diesel Kraftstoff-Betriebs auf die Funktion des Abgasnachbehandlungssystems:
Das diskontinuierlich arbeitende additivunterstuetzte Abgasnachbehandlungssystem mit SiCPartikelfilter
ist fuer die Verwendung von additiviertem RME-Kraftstoff und den wechselweisen
Diesel Kraftstoff- und RME-Betrieb grundsaetzlich geeignet.
Zur Vertiefung der Erkenntnisse sollten z. B. noch folgende Untersuchungen durchgefuehrt
werden:
· Es ist erforderlich, auf Grund der im PKW-Fahrbetrieb ueblicherweise haeufig auftretenden
und oftmals auch laenger andauernden Beladungsunterbrechungen die fuer die Einleitung
der Regeneration in diesem Fall nicht zielfuehrende Druckdifferenz durch weitere
Massnahmen zu ergaenzen.
· Um Sicherheit fuer die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu erlangen, sind sowohl
quantitativ weitere Messungen mit haeufiger wechselndem RME- und Diesel Kraftstoff-Betrieb als
auch Messungen im Fahrzeug durchzufuehren.
· Kraftstoffmischungen aus RME und Diesel Kraftstoff sollten in die Versuche einbezogen werden.· Des weiteren ist die Wirkung des Additivs „satacen 2“ auf die Langzeitstabilitaet von
RME zu klaeren.
· Auch folgende Fragen, die sich aus den vorliegenden Untersuchungen ergaben, beduerfen
einer Klaerung :
- Ansammlung von Russ bei mehrfach unterbrochener Beladung des Filters bei RME
ohne messbare Differenzdruckerhoehung des Filters,
- Schwankungen der Schwaerzungszahl bei laengerem Betrieb des Motors im stets
gleichen Teillastpunkt bei additiviertem RME und wechselweisem Diesel Kraftstoff- und RMEBetrieb,
- Zunahme der Schwaerzungszahl bei additiviertem RME waehrend der Beladezeit im
Gegensatz zur Verringerung bei additiviertem Diesel Kraftstoff.
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