Continental präsentiert Lösungen für NOx-arme Dieselabgase

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Continental stellt beim Wiener Motorensymposium Lösungen für NOx-arme Dieselabgase vor. Dazu gehört ein kompaktes Katalysatordesign, ein elektrisch heizbarer Katalysator für Hybridfahrzeuge und ein Konzept zur Gegenstromeinspritzung von Harnstofflösungen.

Der Automobilzulieferer Continental präsentiert auf dem 36. Internationalen Wiener Motorensymposium, das am 7. und 8. Mai 2015 stattfindet, Lösungen für künftige Stickoxid-Grenzwertanforderungen (NOx) bei Dieselmotoren. Speziell die strengeren NOx-Grenzwerte der Euro 6 Norm, die noch schärferen SULEV (Super Ultra Low Emissions Vehicle) - Grenzwerte für Kalifornien und die kommenden RDE (Real Driving Emissions) - Testbedingungen machen die Abgasnachbehandlung zu einer Kernaufgabe beim Dieselmotor, erklärt Continental.

"Zukünftige Emissionskonzepte müssen große Fortschritte beim NOx-Ausstoß umsetzen. Der Weg dahin führt über ein umfassendes Systemverständnis mit aufeinander abgestimmten Einzelkomponenten von der Einspritzung bis zur letzten Station der Abgasnachbehandlung", sagt José Avila, Leiter der Division Powertrain und Mitglied des Vorstands bei Continental. "Mit der Eingliederung von Emitec in den Bereich Continental Fuel & Exhaust Management haben wir eine Technologiebandbreite, die gerade für eine flexible Integration der Abgasnachbehandlung in unterschiedliche Fahrzeugkonzepte sehr vorteilhaft ist."

Zu den in Wien präsentierten Lösungen gehört ein kompaktes Katalysatordesign, das eine motornahe Platzierung ermöglicht. Damit soll sich der Katalysator schneller aufheizen, sodass die Rohemissionsumwandlung frühzeitig einsetzt. Denselben Zweck erfüllt der elektrisch heizbare Katalysator (e-Kat), der in Hybridfahrzeugen die Katalysatorstruktur auf Temperatur bringt, wenn der Verbrennungsmotor im Interesse der Kraftstoffersparnis längere Zeit abgeschaltet war. Für die selektive katalytische Reduktion stellt Continental in Wien außerdem ein neues Verfahren vor, um die Qualität der Reduktionsmitteleinspritzung auf kleinstem Bauraum zu steigern.

Motornahe Katalysatoranordnung

Für die Katalysatorfunktion ist es wichtig, dass an der aktiven Oberfläche des Substrates stets die nötige Temperatur herrscht, um die Umwandlung der Rohemissionen sicherzustellen, erklärt Continental. Ein Weg dazu kann die motornahe Platzierung des Katalysators sein. Da bisherige Katalysatorkonstruktionen jedoch eine gewisse Mindestbaulänge aufweisen, kann die Integration dicht am Motor schwierig sein. "Für solche Anwendungen hat Continental den Kompakt-Katalysator entwickelt. Bei dieser Komponente mit ihrem zweischaligen Aufbau liegen An- und Abströmung des Abgases auf derselben Seite", so Dr. Markus Distelhoff, Leiter des Geschäftsbereiches Fuel & Exhaust Management bei Continental. "Das hat zwei Vorteile. Die Komponente ist sehr kurz, und die äußere Umströmung hält den im Innenraum angeordneten Katalysator lange und gleichmäßig heiß."

Schnellaufheizung bei Unterbodenverbau

Ist eine motornahe (close-coupled) Anordnung nicht das Mittel der Wahl, so soll sich mit dem elektrisch heizbaren Katalysator (e-Kat) von Continental auch bei einer Unterbodenanordnung sicherstellen lassen, dass das Katalysatorsubstrat durch die Heizscheibe schnell auf die nötige Temperatur gebracht wird. So seien Fahrstrategien in Hybridfahrzeugen nutzbar, bei denen der Verbrennungsmotor oft abgeschaltet wird, ohne dass es deshalb zu Emissionen im abgekühlten Katalysator beim Wiederstart des Verbrennungsmotors kommt. Auch ein vorausschauendes Heizen bei prädiktiven Fahrstrategien sei somit möglich.

Qualität der Ureaverdampfung in der SCR-Baugruppe

Für den Wirkungsgrad der katalytischen Reduktion von NOx ist die Qualität entscheidend, mit der eine wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel ins Abgas eingespritzt wird. Um Umwandlungsraten von 98 Prozent und mehr zu erreichen, müsse die Zumessung und Verdampfung sehr präzise erfolgen, so Continental.

Heute übliche Konzepte benötigen laut Continental eine bestimmte Mindeststrecke von etwa 300 mm für die Einspritzung in Abgasstromrichtung und die anschließende Verdampfung der Harnstofflösung in der Gasphase. Eine solche Baulänge lasse sich motornah kaum realisieren. Daher hat Continental ein Konzept zur Gegenstromeinspritzung von Harnstofflösung entwickelt, bei dem der Sprühstrahl gegen eine Struktur mit Hydrolysebeschichtung an der Rückseite des Katalysators erfolgt. "Mit dieser kompakten Bauweise sind auch bei der SCR Abgasnachbehandlung motornahe Konzepte möglich", sagt Distelhoff. In Verbindung mit Reduktionsmittel-Injektoren ließen sich mit der Gegenstromeindüsung selbst in hoch kompakten Anordnungen sowohl Ablagerungen von Harnstoff und nachfolgender Ammoniakschlupf als auch ein Mangelangebot von Reduktionsmittel im Abgasstrom vermeiden. Für die präzise Steuerung der Abgasnachbehandlung liefert Continental beispielsweise Sensoren, die sowohl den Füllstand als auch die Qualität der Harnstofflösung überwachen wie zum Beispiel der NOx-Sensor, Hochtemperatursensor oder der Harnstoffkonzentrations- und Füllstandsensor.