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Kontinentalring-Katalysator für 3-Wege-Katalysatoren

Posted by isahora
16 Mai 2019 0 comments

Kontinentalring-Katalysator

 

Continental hat sich für das 37. Wiener Motorensymposium entschieden, um eine innovative Abgasreinigungslösung für Downsizing-Turbobenzinmotoren vorzustellen. Die Einführung der Gesetzgebung über echte Fahremissionen erfordert Fahrzeuge mit diesem weit verbreiteten Motorkonzept. Auf diese Weise können in allen Fahrsituationen strenge Grenzwerte für Stickoxide (NOx) eingehalten werden.

Dies stellt eine neue Herausforderung dar, da eine effiziente NOx-Reduktion über ein sehr breites Spektrum von Motorbetriebsbedingungen gefordert wird und nicht "nur" in den aktuellen Prüfzyklen. Allerdings bieten die bestehenden, eng gekoppelten Katalysatoren von heute wenig Spielraum für weitere Verbesserungen in der Lambda-Verteilung. In den USA sehen die Normen LEV III SULEV 30 eine Reduzierung der durchschnittlichen Stickoxidemissionen der Flotte um 70% bis 2025 vor.

"Um die RDE- und SULEV-30-Gesetzgebung zu NOx-Emissionen zu erfüllen, muss ein 3-Wege-Katalysator eine Umwandlungsrate von nahezu 100% erreichen. Das ist nur möglich, wenn die effiziente NOx-Reduktion in allen Betriebssituationen einheitlich eingehalten wird", sagt Dr. Markus Distelhoff, Executive Vice President Fuel & Exhaust Management Business Unit in der Powertrain Division von Continental. "Der innovative Ringkatalysator in Kombination mit unserer mikrostrukturierten Metallfolie LS wird eine wichtige Rolle bei der Erfüllung dieser Anforderung spielen."

NOx-Reduktion: Nichts dem Zufall überlassen

Hochleistungs-3-Wege-Katalysatoren von heute erreichen bereits eine NOx-Reduktionsrate von 99%. Das geht aber immer noch nicht weit genug, und eine weitere Effizienzsteigerung muss angestrebt werden. Bei verkleinerten turboaufgeladenen Benzinmotoren stellt dies zwei Herausforderungen dar. Erstens kann das Kraftstoff-Luft-Verhältnis (Lambda-Wert) aufgrund von Schwankungen in der Abgaszusammensetzung vom Idealwert abweichen; dies wirkt sich negativ auf die NO-Ex-Umwandlung aus. Ziel muss es sein, solche Zylindereinflüsse auf das Abgaslambda durch Strömungsmischung zu vermeiden. Dies ist jedoch bei einem eng gekoppelten Katalysator schwierig. Tatsächlich ist das Fallrohr zum Katalysator nicht lang genug. Deshalb verfügen viele Neufahrzeuge heute über einen zweiten - Unterboden - Katalysator, der den Rest der Stickoxidemissionen umwandelt. Diese Lösung ist mit zusätzlichem Gewicht und erhöhtem Abgasgegendruck verbunden.

Zweitens kann in einigen Betriebssituationen die Fähigkeit des Katalysators, eine gleichmäßige und gleichmäßige NOx-Umwandlungsrate zu erreichen, durch das Turboladersystem beeinträchtigt werden. Denn das Öffnen des Turbinenbypassventils (Wastegate) ab einer bestimmten Motordrehzahl wirkt sich auf die Strömungsverteilung aus, was zu einem ungleichmäßigen Abgasstrom führt. Dies kann zu einer schnelleren lokalen Alterung des Katalysators und zu einer Verschlechterung der NOx-Reduktionsleistung führen.

Vorteile des Ringkatalysators

Der von Continental entwickelte, eng gekoppelte Ringkatalysator unterstützt die nahezu vollständige NOx-Umwandlung in turboaufgeladenen Benzinmotoren.

Continental hat eine innovative Lösung entwickelt, um diesen beiden Herausforderungen gerecht zu werden: Der Ringkatalysator. Ein Innenrohr, das durch den Kern des Ringkatalysators und dessen gesamte Länge verläuft, sorgt für die notwendige zusätzliche Länge, um eine bessere Mischung des Abgasstroms zu ermöglichen. Am Ende dieses Rohres wird das Gas um 180° umgeleitet. Erst dann fließt es durch den katalytisch aktiven Teil des Katalysators, der das Innenrohr wie eine Hülse umgibt.

"Auf diese Weise verlängert der ringförmige Katalysator den Strömungsweg, ohne die Gesamtlänge des Katalysators zu verlängern. Dadurch kann der Katalysator in der Nähe des Motors platziert werden, so dass die Zeit bis zum Erreichen der Abschalttemperatur für die Umwandlung von NOx-Emissionen nicht verlängert wird", sagt Rolf Brück, Leiter der Produktlinie Catalysts & Filters, Fuel & Exhaust Management. "Bei dieser Konstruktion unterstützt der Dralleffekt des Abgases des Turboladers die Abgasmischung im Innenrohr."

Der Kern des Katalysators ist aus der von Continental entwickelten Metallfolie "LS" gewickelt. Längsstrukturen (= LS) in dieser Folie oder diesem Substrat erzeugen mehr Turbulenzen im Abgas. Dadurch wird ein besserer Kontakt zwischen den Stickoxiden und dem katalytisch beschichteten Substrat gewährleistet, was zu einer höheren Umwandlungseffizienz führt.

Der aktive Teil des Ringkatalysators wird aus dem innovativen LS-Metallsubstrat von Continental gewickelt. Die Längsstrukturen in diesem Material erzeugen mikroebene Turbulenzen im Abgasstrom, die dazu beitragen, die Stickoxide effektiver auf die katalytisch beschichtete Katalysatorwand zu lenken, wo sie umgewandelt werden.

Quelle: Autoingenieur