Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.
Der internationale Schiffsverkehr transportiert etwa 90% des gesamten Welthandels. Bisher gibt es bei der maritimen Anwendung keine gesetzlich geregelte Begrenzung des Partikelausstoßes. Aufgrund der immer schärfer werdenden Abgasgesetzgebung und dem Umweltbestreben der Gesellschaft besteht zunehmend die Forderung danach, die Partikelemissionen von Schiffen zu reduzieren. Innermotorisch ist diese Reduzierung bereits ausgeschöpft. Die Integration eines herkömmlichen Partikelfilters nach dem Wandstromprinzip würde an einem Hochseeschiff aufgrund der Verwendung schlechter Kraftstoffe sowie eines hohen Schmierölverbrauches innerhalb kurzer Zeit zur Verblockung des Filters durch die Einlagerung von Asche führen.
Mit dem durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten FVV-Projekt „Ascheverhalten in offenporigen Partikelfiltern“ wurde die grundsätzliche Eignung offenporiger Schaumfilter zur Partikelfiltration am Großmotor untersucht.
Hierfür wurde mit einem Schnellveraschungssystem aus PKW-Motor und Heizölbrenner ein großmotorisches Abgas nachgestellt. Die zu prüfenden Schaumfilter wurden dann mit einem an den D2-Zyklus angelehnten Fahrzyklus über Dauerlaufversuche mit Asche beladen. Ausgewählte Proben kamen an einem Großmotorenprüfstand der Hochschule Wismar zur Anwendung. Ein Teil der aschebeladenen Proben wurde hinsichtlich der Aschemigrationsneigung in Motor- und Strömungsprüfstandsuntersuchungen untersucht.
Im Rahmen der Beladungsversuche wurden partikelrelevante Betriebsparameter wie Gegendruck, Filtrationseffizienz und Ascheeinspeicherung aufgezeichnet. Die am Schnellveraschungssystem generierte Asche wurde mittels FESEM, EDX, XRF, XRD, TG und DTA analysiert und mit anderen Aschen verglichen. Die Partikelgrößenverteilung wurde ebenfalls bestimmt. Die Schaumfilter selbst wurden eigens für dieses Vorhaben vom Fraunhofer Institut für keramische Technologien und Systeme (IKTS) gefertigt und sowohl vor- als auch nach der Beladung detailliert analysiert und charakterisiert. Als Methoden kamen dabei Computertomografie, Stereomikroskopie, Harzeinbetttung und FESEM-Aufnahmen zur Anwendung.
In systematischen Untersuchungen am Schnellveraschungssystem wurden bei einem Vergleich der verschiedenen Porenweiten der SiC-Schaumfilter geeignete Filter ausgewählt. An diesen wurden dann detaillierte Versuche zum Einlagerungsverhalten der Asche durchgeführt, welche von Messungen der massen- und anzahlbasierten Filtrationseffizienz gestützt wurden. Zudem wurde mit entsprechenden Versuchen geprüft, ob sich eingelagerte Asche wieder aus dem Filter entfernen lässt. Die ausgewählten Schaumfilter wurden zur Prüfung der Anwendbarkeit an einem realen Großmotor verbaut und auf ihr Gegendruckverhalten, Abscheideleistung und Ascheeinspeicherung untersucht. Außerdem erfolgten in definierten Laborversuchen am IKTS Versuche zum erzwungenen Ascheaustrag.
Die untersuchten Schaumfilter lagern, abhängig von Ihrer Porenweite, weniger Asche ein, als Wandstromfilter der gleichen Dimension. Die Aschefanggrade liegen je nach Zellweite zwischen 57 und 87%. Die verschiedenen SiC-Schaumfilter zeigen im Einsatz im Schnellveraschungssystem Rußfiltrationseffizienzen zwischen 20 und 80%. Dabei werden kleine Partikel deutlich effizienter abgeschieden als größere. Ruß und Asche lagern sich vor allem im vorderen Bereich der Filter ab. Mit einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit lässt sich mitunter ein erheblicher Teil der Asche wieder aus dem Filter entfernen.
Mit den erzielten Ergebnissen lässt sich zeigen, dass Schaumfilter grundsätzlich zur Verwendung am Großmotor denkbar sind.
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Das IGF-Vorhaben Nr. 19383 BG, der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen wurde (FVV) über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Weitere Informationen sowie den Abschlussbericht erhalten Sie über die Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V., Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt oder info(at)fvv-net.de