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Die Europäische Gesetzgebung sieht ab 2005 und 2008 in zwei Stufen eine deutliche Reduzierung von Stickoxid- und Partikelemissionen bei Nutzfahrzeugen vor. Die Partikelemissionen werden bereits ab 2005 auf ein Fünftel des heute gültigen Grenzwertes vermindert.
Vordem Hintergrund dieser anspruchsvollen Herausforderung wurde von der EU das Forschungsprojekt COMET (Coated Metal Trap) gestartet, das unter Beteiligung von 9 Partnerorganisationen aus der Industrie und wissenschaftlichen Instituten ein Rußfiltersystem entwickeln soll, das den besonderen Anforderungen im Nutzfahrzeugbereich entsprechen kann. Die EU fördert das Projekt mit einer Summe von insgesamt 2,5 Mio. Euro, von denen für die Finanzierung der Forschungsarbeiten 700.000 Euro allein der Universität Kaiserslautern zur Verfügung stehen. Damit erhält die Universität die größte Einzelförderung unter den beteiligten Partnern. Die Forschungspartner haben Ihren Sitz in Großbritannien, Belgien, Frankreich, Österreich, Italien, Griechenland und Deutschland. Deutsche Partner sind neben dem Projektkoordinator DaimlerChrysler, die HJS Fahrzeugtechnik und die Universität Kaiserslautern, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der Professoren Rudolf Flierl und Werner Müller.Die Universität Kaiserslautern hat sich in den vergangenen Jahren durch die erfolgreiche Drittmittelforschung von Professor Werner Müller zu einem Kompetenzzentrum auf dem Gebiet der Abgasnachbehandlung bei Diesel- und Ottomotoren entwickelt.
Voraussetzung dafür war eine stetige und intensive Zusammenarbeit mit der deutschen Automobilindustrie und der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) als Plattform der industriellen Gemeinschaftsforschung. Durch Drittmitteleinwerbung in den letzten sechs Jahren in Höhe von 1,7 Mio. Euro konnte Professor Müller zahlreiche wissenschaftliche Mitarbeiter zur Promotion führen und umfangreiche Investitionen im Bereich der Mess- und Prüfstandstechnik des Motorenlabors an der Universität tätigen.
Weiteres Ergebnis dieser Kooperationsbereitschaft und kontinuierlicher Forschungstätigkeit ist die Bestellung von Professor Werner Müller als Experte für Abgasnach-behandlung in ein international besetztes Gremium bei DaimlerChrysler. Dies ist ein weiterer Beweis für die hohe Reputation der Universität Kaiserslautern.Neben diesen Voraussetzungen war für die erfolgreiche Bewerbung um das EU-Forschungsprojekt die Mitwirkung von Jürgen Gerber von der Innovations-Management GmbH Rheinland-Pfalz bei der Antragstellung und bei Kontakten mit Vertretern der Europäischen Kommission in Brüssel von entscheidender Bedeutung. Ebenso wichtig war die Unterstützung durch Professor Helmut Schmidt, dem zum Antragszeitpunkt für Forschung zuständigen Vizepräsidenten der Universität Kaiserslautern.
Wegen des konkurrenzlos günstigen Kraftstoffverbrauchs sind Nutzfahrzeuge in Europa ausschließlich mit direkteinspritzenden Dieselmotoren ausgerüstet. Nachteilig bei Dieselmotoren sind jedoch die im Vergleich zu Otto-Antrieben gravierend höheren Partikelemissionen, denen eine erhebliche gesundheitsschädigende Wirkung zugesprochen wird. Durch die gerade in letzter Zeit häufig geführte Diskussion über das Gefährdungspotential ultrafeiner Partikel in der Atemluft kommt der Dieselmotor in Bedrängnis. Durch innermotorische Maßnahmen konnte der Ausstoß von Partikeln in den letzten Jahren deutlich reduziert werden. Eine weitere drastische Emissionsminderung wird durch Dieselpartikelfilter erreicht, die jedoch in der Nutzfahrzeugserie bisher nicht zu finden sind. Zunehmender politischer Druck und strenge zukünftige Grenzwerte erfordern jedoch zusätzliche Maßnahmen zur Emissionsminderung. Bei Diesel-Pkw konnte durch die Einführung des Rußfilters durch Peugeot die grundsätzliche Serientauglichkeit dieser Emissionsminderungstechnik nachgewiesen werden.
Der Einsatz von Partikelfiltern im Nutzfahrzeugbereich wird derzeit noch als problematisch eingestuft, obwohl gerade hier durch die ernormen Transportleistungen ein beachtlicher Teil der Partikelemissionen anfallen. Die Dauerhaltbarkeit beim Einsatz eines solchen Systems im Nutzfahrzeug, Wartungsfreiheit und der Verzicht auf zusätzliche Betriebsstoffe stellen sehr hohe Anforderungen an das Abgasnachbehandlungssystem. Von den Betreibern werden Wartungsintervalle von mindestens 100.000 km und eine Haltbarkeit von mindestens 600.000 km gefordert. Dabei darf das System nur geringen Bauraum beanspruchen, um anstelle eines herkömmlichen Schalldämpfers eingebaut zu werden und es darf die Transportkapazität nicht einschränken.
Bei keramischen Filtern führen lokale Temperaturspitzen während der Regeneration, dem Abbrennen der im Filter gesammelten Partikel, zu einer erheblichen thermischen Belastung des Filtermaterials bis hin zum Abschmelzen des Monolithen. Auch kann die mechanische Beanspruchung durch Erschütterungen und Schwingungen einem keramischen Filter schaden.
Diesen Problemen versucht man mit Filtern aus Sintermetall zu begegnen. Durch das im Vergleich zu keramischen Filtern höhere Wärmeaufnahmevermögen und die bessere Wärmeleitung des Materials treten bei lokaler Wärmeabgabe beim Verbrennen des Rußes geringere Temperaturspitzen auf. Das Sintermetall des Filters leitet die Wärme einfach ab.
Ab Erreichen einer Zündtemperatur setzt im Filter das Abbrennen des Rußes ein. Im Alltagsbetrieb wird diese Temperatur jedoch nur selten erreicht. Durch Beschichten des Filters mit einem katalytisch wirksamen Metall kann die zum Rußabbau notwendige Filtertemperatur gesenkt werden, so dass auch bei normalen Fahrzuständen Dieselruß kontinuierlich abgebrannt werden kann. Das Abbrennen kann durch gezielt erzeugtes NO2, das in einem vorgeschalteten Oxidationskatalysator gebildet wird, unterstützt werden. Durch diese Maßnahmen sollen die Partikel bis unter den für 2005 geltenden Grenzwert abgesenkt werden. Die Dimensionen der Komponenten und die Strategien, mit denen eine ausreichende Partikelreduktion erreicht werden kann, sollen an der Universität Kaiserslautern untersucht und ausgearbeitet werden.
Criteria of this press release:
Mechanical engineering
transregional, national
Research projects
German
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