Uwe Wagner

Uwe Wagner (* 2. August 1972 in Kandel; ist ein deutscher Ingenieur, Erfinder und Motorenforscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Er hält das Patent auf das Dieseleinspritzsystem ASIS, das Ruß- und Stickoxidemissionen massiv senken kann.

Inhaltsverzeichnis

Leben

Wagner studierte in Karlsruhe Maschinenbau und trat im April 2000 eine Stelle als wissenschaftlicher Mitarbeiter unter Prof. Spicher am Institut für Kolbenmaschinen an.

Werke

• „Experimentelle Untersuchungen außer- und innermotorischer Maßnahmen zur Rußminimierung bei Dieselmotoren“, Diessertation Universität Karlsruhe (TH), Logos Verlag Berlin, 2006

Wagner entwickelte und bewertet ein elektrisches Regenerationssystems für Dieselpartikelfilter, welches eine Regeneration des Partikelfilters unabhängig vom Motorbetriebspunkt und ohne zusätzliche Eingriffe in die Motorsteuerung ermöglicht. Ein besonders kritischer Punkt ist hierbei der Kaltstart des Motors bzw. Motor-betriebspunkte mit sehr niedriger Last, wie z. B. im Kurzstrecken- und Stadtbetrieb eines Fahrzeuges. Gerade unter diesen Umständen haben konventionelle Regenerationssysteme und -strategien erhebliche Schwierigkeiten, eine zuverlässige Filterregeneration zu gewährleisten.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene elektrisch beheizte Partikelfiltersysteme zur Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren mit dem Ziel entwickelt und untersucht, eine Partikelfilterregeneration mit möglichst niedrigem Energiebedarf ohne zusätzliche motorische Maßnahmen im unteren Last- und Drehzahlbereich zu erreichen. Ausgehend von ersten Untersuchungen mit einer Heizung am Filterende, mit der jedoch nahezu keine Regeneration möglich ist, wurden verschiedene Heizungsanordnungen mit einer an der Filtereinlassseite integrierten Heizung durchgeführt. Die aus diesen Versuchen gewonnenen Erfahrungen führten zu einem dreiteiligen Filtersystem, bestehend aus einem Heizmodul, einer Keramikschaumscheibe und einem unveränderten Partikelfilter. Diese Aufteilung erlaubt eine klare Trennung der Funktionen Abgasfiltration und elektrischer Regenerationseinleitung.

Zusätzlich zur Realisierung eines funktionsfähigen, elektrisch regenerierbaren Partikelfiltersystems wurde dessen Rußminderungspotenzial und Wirkungsgradgüte mit fortschrittlichen dieselmotorischen Brennverfahren verglichen, die ebenfalls eine deutliche Reduzierung der Partikelemissionen versprechen. Hierbei wurde zum einen ein optimiertes konventionelles Brennverfahren herangezogen, welches zwar keine vollständige, aber dennoch sehr deutliche Reduzierung der Partikelemissionen ermöglicht, dafür aber sowohl teil- und volllastfähig ist als auch eine gute Kontrolle über den Verbrennungszeitpunkt und -ablauf bietet. Dabei wurde die Idee einer räumlichen Trennung der heute in modernen Common-Rail Dieselmotoren üblichen Voreinspritzung von der Haupteinspritzung an einem Nutzfahrzeug-Einzylinder Forschungsmotor umgesetzt und untersucht.

Zum anderen wurde ein so genanntes HCCI-Brennverfahren untersucht, welches zumindest im Teillastbereich eine vollständige Vermeidung der Ruß- und Stickoxidemissionen ermöglicht, jedoch nicht im gesamten Kennfeld des Motors angewendet werden kann und als weiteren Nachteil eine nur begrenzte Kontrolle über den Verbrennungsablauf bietet. Hierbei wurde besonders auf die Möglichkeiten der Verbrennungsbeeinflussung durch unterschiedliche Kraftstoffeigenschaften und auf die Anwendung einer Einspritzdüse mit konventioneller Düsenlochanordnung geachtet, um weiterhin auch ein heterogenes Brennverfahren für Hoch¬ und Volllastbereiche im Kennfeld darstellen zu können.

Vergleicht man den kraftstoffseitigen Mehraufwandes, der für eine vollständige Reduzierung der Partikelemissionen mit Hilfe eines Partikelfilters notwendig ist, müssen die für die Partikelfilterregeneration notwendigen Energiemengen bzw. daraus resultierenden Mehrverbräuche verglichen werden. Ausgangsbasis dafür ist ein konventioneller Dieselmotor ohne Abgasnachbehandlung durch einen Partikelfilter. Bei einer konventionellen Partikelfilterregeneration mit einer Nacheinspritzstrategie tritt heute ein erheblicher Kraftstoffmehrverbrauch auf. Dem gegenüber ergibt sich für die Minimierung der Rußemissionen durch innermotorische Prozesse und der damit verbundenen verringerten Häufigkeit der Regenerationsereignisse ein wesentlich geringerer Anstieg des Kraftstoffverbrauchs, da die Filterregeneration wesentlich seltener ist. Bei Verwendung des elektrisch regenerierbaren Partikelfiltersystems, welches im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurde, liegt bei sonst unverändertem Brennverfahren des Basismotors der Kraftstoffmehrverbrauch durch die Partikelfilterregeneration bei weniger als 0,1 %.

Aus diesem Vergleich lässt sich das Fazit ziehen, dass zwar einerseits eine innermotorische Verringerung der Rußemission sehr hilfreich ist, da jeder Ruß, der nicht entsteht, auch nicht „wegregeneriert“ werden muss. Andererseits darf aber auch die Regenerationsstrategie nicht vernachlässigt werden, da diese in ungünstigen Fällen einen erheblichen Kraftstoffverbrauch nach sich ziehen kann. Wird dagegen ein gezielt entwickeltes System verwendet, tritt nahezu kein Mehrverbrauch auf, der sich durch eine Kombination mit einem rußminimierten Brennverfahren praktisch vollständig vermeiden ließe.

• „Experimental Investigations of a Soot-free Combustion Process in Direct Injection Diesel Engines“, SIA-Congrès International „LE MOTEUR DIESEL“, Lyon, 2006

Auszeichnungen

• 2007 erhielt Wagner die Kamm-Jante-Medaille der wissenschaftlichen Gesellschaft für Kraftfahrzeug- und Motorentechnik e.V. für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug- und Motorentechnik. Ebenfalls 2207 erhielt Wagner ebenfalls den Sparkass-Umwelt-Preis der Umweltstiftung der Sparkasse für eine hervorragende Dissertation mit Bezug auf umweltrelevante Themen.

Einzelnachweise

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