Herausforderungen an die Abgasreinigung von morgen - Deutsche ...

DEUTSCHE BUNSEN-GESELLSCHAFT
Das aktuelle Beschichtungsverfahren ist seit einigen Jahren
in der Produktion eingeführt und bietet neben diesem generellen
Aktivitätsvorteil aufgrund der besseren Dispersion
auch noch weitere Möglichkeiten, die Architektur des Katalysators
zu beeinfl ussen. Hier seien als Beispiel nur Layerkatalysatoren
genannt, die unterschiedliche Funktionalitäten
in verschiedenen Katalysatorschichten realisieren. So bestehen
aktuelle Drei-Wege-Katalysatoren häufi g aus zwei
funktional unterschiedlichen Schichten.
BEISPIEL 2: DIESELOXIDATIONSKATALYSATOREN
Dieseloxidationskatalysatoren sind in allen aktuellen PKW-
Dieselfahrzeugen installiert. Durch den Einsatz werden die
– im Vergleich zu stöchiometrisch betriebenen Benzinfahrzeugen
- geringen motorischen Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen
effektiv reduziert.
Aufgrund der hohen Sauerstoffkonzentration im Abgas
(Dieselmotoren arbeiten mit Luftüberschuss) können Oxidationskatalysatoren
die Stickoxidemissionen nicht wirkungsvoll
reduzieren.
Die Partikelemissionen werden durch den Dieseloxidationskatalysator
nur geringfügig reduziert. Eine nachhaltige
Verbesserung auf diesem Gebiet hat die Einführung des
Dieselpartikelfi lters ermöglicht.
Abb. 13: Funktionsprinzip des Dieselpartikelfi lters; das Abgas des Motors
wird durch die poröse Wand des Trägers gedrückt. Die Zellen sind
wechselseitig mit Stopfen verschlossen
Eine mikroskopische Aufnahme eines mit Ruß beladenen
Filters zeigt Abb. 14.
Abb. 14: Mikroskopische Aufnahme eines mit Ruß beladenen Filters;
man erkennt deutlich die Rußschicht in den Eingangskanälen; der Filter
wurde für die Aufnahme aufgeschnitten
ASPEKTE
Die Einführung des Partikelfi lters hat jedoch für den vorgeschalteten
Oxidationskatalysator zu neuen Anforderungen
im Hinblick auf die Temperaturstabilität geführt. Dies ist
bedingt durch das Konzept der aktiven Filterregeneration
durch Kraftstoffnacheinspritzung.
Der im Partikelfi lter aufgefangene Ruß sorgt mit zunehmender
Laufzeit für eine Erhöhung des Druckverlustes, so dass
eine Regenerierung des Filters eingeleitet werden muss.
Eine Filterreinigung kann prinzipiell durch eine Erhöhung der
Abgastemperatur auf etwa 600 °C ausgelöst werden. Dies
geschieht beim PKW über einen Eingriff in die Motorsteuerung,
der zu einer deutlichen Erhöhung der Kohlenwasserstoffemissionen
vor dem Dieseloxidationskatalysator führt.
Die Kohlenwasserstoffe werden auf dem Oxidationskatalysator
unter Wärmefreisetzung umgesetzt, durch die hohe
Abgastemperatur wird dann der Ruß im Filter abgebrannt.
Das Funktionsprinzip zeigt im Überblick Abb. 15. Der reale
Verlauf der Temperaturen im Fahrbetrieb wird in Abb. 16
demonstriert.
Abb. 15: Funktionsweise der Dieselpartikelfi lterregeneration; durch
eine sehr späte Einspritzung („Post-Injection“) gelangt unverbrannter
Kraftstoff in den Abgastrakt; der betriebswarme Dieseloxidationskatalysator
setzt den Kraftstoff um und erwärmt dadurch das Abgas auf
die notwendige Reaktionstemperatur für den Abbrand des Rußes im
Filter; durch die Exothermie des Rußabbrandes erhöht sich die Temperatur
im Filter
Abb. 16: Regenerationsevent im Fahrzeugbetrieb; im normalen Fahrbetrieb
werden Temperaturen bis etwa 400 °C vor dem Filter gemessen;
durch die Einleitung der Filterregeneration wird die Temperatur
über die Nacheinspritzung nach dem Dieseloxidationskatalysator auf
600 °C angehoben, um den Rußabbrand mit hinreichender Geschwindigkeit
zu ermöglichen
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