Abgasnachbehandlung Ottomotoren
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<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
Aufbau und Funktion der 3-Wege-KonverterAufbauTrägermaterialBeschichtung• Al 2O 3, Stabilisatoren, …• Edelmetalle (Pt, Pd, Rh)• Ce x Zr (1-x) O 2(Washcoat, typ. Dicke 40m)Übliche Konvertergrößen:von 0,1l mit 0,2m²bis 2,5l mit 8m² OberflächeTypische Mittelgröße:1,5l mit 5m² ohne Washcoat ~ 7.000m² incl. WashcoatSeite 716.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
Aufbau und Funktion der 3-Wege-KonverterReaktionsmechanismen im 3-Wege-KonverterOxidationsreaktionen (an Pt, Pd)CO + 1/2 O 2 = CO 2C x H y + (x + y/4) O 2 = x CO 2 + y/2 H 2 OReduktionsreaktionen (am Rh)Seite 8Beschichtung• Al 2O 3, Stabilisatoren, …• Edelmetalle (Pt, Pd, Rh)• Ce x Zr (1-x) O 2(Washcoat)16.12.2009NO + CO = 1/2 N 2 + CO 2(2x + y/2) NO + C x H y =<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung= (x + y/4) N 2 + x CO 2 + y/2 H 2 O
Aufbau und Funktion der 3-Wege-KonverterDiagnose der KonverteralterungSeite 1016.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
Layout von 3-Wege-KonverternBeispiel:Vordere Abgasanlage (AGA)Vor-und UnterbodenkonverterATL nahe KonverterMotornahe KonverterSeite 1116.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
Layout von 3-Wege-KonverternMetallische und Keramische TrägerMetallträgerKeramikträgerMonolithenformenMetallmantelLagerungsmatteSubstratSeite 1216.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
Layout von 3-Wege-KonverternCanningverfahrenCanningStopfenFpushPrinzipFVerfahren• Substrat mit Lagerungssystem wird in einRohrstück geschoben• Anschlussgeometrie anformenWickelnShrinken• Substrat mit Lagerungssystem wird mit einemBlechstreifen umwickelt• Anschlussgeometrie anformen• Substrat mit Lagerungssystem wird in ein Rohrstückgeschoben und anschließend von außen kalibriert• Anschlussgeometrie anformenHalbschale• Substrat wird mit Lagerungssystem zwischen zweiHalbschalen gelegt und in einer Presse verschlossen.• Anschlussgeometrie ist im Bauteil integriertSeite 1316.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
Layout von 3-Wege-KonverternKriterien Robuster Konverterrunde Substrate= robust verpackbarRundStandard-Canning erforderlich;in allen Märkten ohne Einschränkungeneinsetzbarellipsoide Substrate= mit erhöhtem Aufwanddauerhaltbar verpackbarOvalSpaltkalibriertes Canning erforderlich;marktspezifischeEinschränkungen prüfenovale Substrate mitungünstigen Verhältnissen= begrenzt robust verpackbarRace-TrackGBD-kalibriertes Canning erforderlich;nicht für Neuprojektemit US-Abgasgesetzgebung.Substrate mitunsymmetrischer Geometrie= nicht zulässigSchmetterlingDreieckBeim Canning diverse Zusatzmaßnahmenerforderlich; nichtfür Neuprojekte einsetzbar.Seite 1416.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
Layout von 3-Wege-KonverternCanningprozessAdaptives CanningSeite 1516.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
EntwicklungsprozessStrömungsberechnung (z.B. T5 V6 LEV II)Berechnung nach Lastenheftvor Optimierung nach OptimierungSeite 1616.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
Baumustergenehmigung (BMG) KonverterFestigkeit bei Temperatur-Wechselbelastung (NIR Thermografie)Thermografie-MesskatalysatorSichtfenster(Stutzen)F-FID(Abgasentnahme)Lambdasonde(Verschraubung)Thermoelemente(Eintrittsseite)Thermoelemente(Austrittsseite)Seite 1716.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung25
EntwicklungsprozessNachweis der Konverter DauerfestigkeitHot- & WarmshakeUntersuchungNachweis einer Mindest-Zeitstandfestigkeit desLagerungssystems desSubstrates(Auslegungsnachweis)SchweißnahtprüfungDokumentation derEinhaltung derSchweißvorgaben(Zentrallabor)FahrzeugdauerlaufEWP: Ehra-Wechsel-ParcoursEVP: Ehra-Verschärfter-ParcoursSeite 1816.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
Ausblick / Herausforderungen‣ Alterungsbeständigkeit der Beschichtungen (Hochtemperatur)‣ Kostenoptimierte Edelmetallbeladung‣ Ultradünnwand & ultraporöse Substrate (Gegendruck, Verbrauch undEdelmetallabsenkung)‣ Evolution der Verpackungsmethoden (Canning) für zukünftige Substrate‣ Erfüllung zukünftiger Umweltanforderungen‣ Standardisierung der Qualitätsanforderungen für die KonverterfertigungweltweitSeite 1916.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!Seite 2016.12.2009<strong>Abgasnachbehandlung</strong> <strong>Ottomotoren</strong>Dr. Jens Hadler, Volkswagen Aggregateentwicklung
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