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37. Wiener Motorensymposium: Conti zeigt innovativen Ringkatalysator zur NOx-Umwandlung

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Continental hat mit dem motornahe Ringkatalysator eine Lösung für Ottomotoren mit Turbolader entwickelt, die den möglichst vollständigen NOx-Abbau unterstützt.

 

37. Wiener Motorensymposium

Der aktuelle Dieselskandal offenbart die probleme der Autoindustrie die unerwünschten Stickoxid (NOx)  zu reduzieren. Die Reinigung der schadstoffe in den abgasen stellt für die Hersteller in den nächsten Jahren eine erhebliche Herausforderung dar.

Continental stellt zum 37. Wiener Motorensymposium eine innovative Lösung für die Abgasnachbehandlung bei hubraumreduzierten Ottomotoren mit Turbolader vor. Mit Einführung der Real Driving Emission Gesetzgebung müssen Fahrzeuge mit dieser verbreiteten Motorisierung in allen Fahrsituationen strenge Stickoxidgrenzwerte (NOx) erfüllen. Die neue Herausforderung liegt darin, dass die NOx -Umwandlung dabei über einen sehr großen Kennfeldbereich des Motors sichergestellt werden muss, nicht „nur“ in den bisherigen Testzyklen. Heutige motornahe Katalysatoren stoßen dabei hinsichtlich Lambdaverteilungsmöglichkeiten an ihre Grenzen. Zusätzlich erfordert die SULEV 30 Norm, als Kategorie der LEV III Emissionseinstufung in den USA, bis 2025 eine Reduktion der Stickoxidemissionen von 70%, bezogen auf den Flottendurchschnitt.

Bereits heute erreichen leistungsfähige 3-Wege-Katalysatoren bei der NOx-Umwandlung Wirkungsrade um 99%. Diese Quote muss abermals gesteigert werden. Hubraumreduzierte Ottomotoren mit Turbolader bringen hier zwei Herausforderungen mit. Zum einen kann die Abgaszusammensetzung von Zylinder zu Zylinder schwanken. So ist das Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft (das Lambda) nicht immer ideal, was die Konvertierung von NOx negativ beeinflusst. Solche Einzelzylinder-Lambdaeffekte im Abgasstrom gilt es möglichst zu vermeiden bzw. zu vermischen. Bei einem motornah-platzierten Katalysator fehlt dafür jedoch die nötige Rohrlänge. Deshalb haben viele neue Fahrzeuge inzwischen einen zweiten Katalysator am Unterboden, in dem die Umwandlung der verbleibenden Stickoxide erfolgt. Allerdings geht diese Lösung mit zusätzlichem Gewicht und einem höherem Abgasgegendruck einher.

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Continental hat einen metallischen Folienwerkstoff weiterentwickelt, aus dem das Katalysatorinnere gewickelt wird. In die Metallfolie sind in Längsrichtung Strukturen (daher „LS Substrat“) geprägt, die das Abgas stärker verwirbeln. Durch solche Turbulenzen kommen die Stickoxide im Abgasstrom besser mit der katalytisch beschichteten Oberfläche des Substrates in Berührung, wo sie dann umgewandelt werden.

 

Zum anderen erschwert der Turbolader in manchen Betriebssituationen eine dauerhaft homogene NOx-Konversion: Wenn ab einer bestimmten Drehzahl das „Turbinen-By-Pass-Ventil“ (Wastegate) des Turboladers öffnet, erzeugt das eine ungleichförmige Strömungsverteilung. Sie kann zu einer schnelleren lokalen Alterung im Katalysatorinneren und zu einer schlechteren NOx-Umsetzung führen.

Im Kern des Ringkatalysators befindet sich ein Rohr, das die Komponente auf der gesamten Länge durchzieht. Auf dieser zusätzlichen Rohrstrecke vermischt sich der Abgasstrom besser. Erst am Ende des Rohres wird das Gas um 180° umgelenkt und durchströmt nun den katalytisch wirksamen Teil, der das Innenrohr wie eine Manschette umschließt.

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