Der Ottopartikelfilter kommt

Große Herausforderung für Konstruktion und Applikation – hoher Zeitdruck bei der Entwicklung

Ab September 2017 gilt für neue Fahrzeugtypen die Abgasnorm EU6c; ein Jahr später müssen alle verkauften Neuwagen die Anforderungen erfüllen. Für den Ottomotor bedeutet das: Auch er wird in Europa künftig mit einem Partikelfilter ausgestattet sein. IAV verfügt über alle Werkzeuge sowie die nötige Messtechnik und Erfahrung, um seine Kunden bei der Konstruktion und Applikation zu unterstützen. Zahlreiche Entwicklungsprojekte zeigen, dass das Thema im Moment hoch aktuell ist.

Maximal 6 x 1011 Partikel pro Kilometer dürfen Ottomotoren in neuen Fahrzeugtypen nach der neuen Norm ab September 2017 ausstoßen. Ab September 2018 gilt der Grenzwert dann für alle neu verkauften Fahrzeuge – egal wie lange sie schon auf dem Markt sind. Zwar führen der Ottokraftstoff und das Ottobrennverfahren zu deutlich weniger Partikeln als beim Selbstzünder, dennoch werden mit EU6c bald auch in Benzinmotoren Partikelfilter Einzug halten. Zumindest in Europa.

Trotz der Erfahrungen mit Dieselpartikelfiltern (DPF) stellen Ottopartikelfilter (OPF) eine große Herausforderung für die Entwickler dar. Das beginnt schon beim Package: Bereits heute ist der Bauraum hinter dem Motor mit zahlreichen Komponenten der Abgas­nach­behandlungs­anlage gut gefüllt. Will man zusätzlich noch den OPF dort unterbringen, müssen die Ingenieure neu über die Platzierung der anderen Baugruppen nachdenken.

Auch auf die Applikateure kommt viel Arbeit zu: Der OPF hat wegen des höheren Abgasgegendrucks einen Einfluss auf den Ladungswechsel und die Maximalleistung des Motors. „Insbesondere die Applikation der Rußmodelle und die Regenerationsstrategien sind eine Herausforderung und erfordern viele Versuche auf dem Prüfstand“, sagt Thorsten Stappenbeck, Fachbereichsleiter Calibration im Bereich Powertrain Mechatronics. Nur mit komplexen Beladungsmodellen werden die Applikateure den jeweils optimalen Zeitpunkt für den Start der Regeneration bestimmen können – sie soll weder zu oft (unnötiger Kraftstoffverbrauch) noch zu selten (zu hoher Gegendruck) stattfinden, und es müssen dabei entstehende Temperaturspitzen beachtet werden.

Die Sensorik muss nicht nur über den Abgasgegendruck den Zustand des OPFs erfassen, sie hat zudem auch Aufgaben, die für die On-Board-Diagnose relevant sind. So muss sie derzeit eine Verbau­erkennung ermöglichen und – bei katalytischer Beschichtung des OPFs – auch eine Kat-Diagnose liefern.

Gemeinsame Auswahl der besten OPF-Variante

Der OPF selbst ist dem DPF zugleich ähnlich und unähnlich. Vergleichbar ist der prinzipielle Aufbau aus einem keramischen Träger mit wechselseitig verschlossenen Kanälen für die Adsorption der Partikel. Neue Anforderungen an die Hardware stellen die höheren Abgastemperaturen im Vergleich zum Diesel sowie der geringere Sauerstoffanteil im Abgas. Der OPF muss also thermisch robust sein, und durch geeignete applikative Maßnahmen muss für eine ausreichende O2-Menge für die Verbrennung der Partikel gesorgt werden.

OEMs haben heute die Auswahl aus einer Vielzahl von OPF-Varianten – unter anderem mit und ohne Beschichtung für die Katalysatorfunktion beziehungsweise für den Einsatz motornah oder im Unterboden. „Hier gibt es eine Matrix von Möglichkeiten, aus der wir gemeinsam mit unseren Kunden die beste Option für den jeweiligen Motor auswählen“, so Gerhard Märker, Fachbereichsleiter Powertrain Integration.

Insbesondere der kurze Zeithorizont bis zur Einführung von EU6c ist eine Herausforderung für die Ingenieure, die neue Abgas­nach­behandlungs­anlagen für ottomotor­betriebene Fahrzeuge entwickeln müssen – und das nicht nur für neue Modelle, sondern auch für bereits bestehende Fahrzeuge, bei denen benachbarte Funktionssysteme von Änderungen in der Abgas­nach­behandlungs­anlage betroffen sein können. „Wir haben alle Gewerke unter einem Dach, was kurze Wege und eine schnelle Entwicklung garantiert“, sagt Stappenbeck. „Zudem verfügen wir über alle Werkzeuge, Prüfstände sowie erfahrene Spezialisten, die unsere Kunden in allen Belangen von Konstruktion, Applikation, Funktionsentwicklung und Validierung unterstützen können.“ Viele laufende Kundenprojekte beweisen, dass OPF-Kompetenz derzeit stark gefragt ist.