Conti-Kat bremst Stickoxide

Die Reduzierung von Stickoxid (NOx) im Autoabgas stellt für die Hersteller in den nächsten Jahren eine erhebliche Herausforderung dar. Besonders mit der erwarteten Einführung einer neuen Abgasmessung, der Real Driving Emissions (RDE), also einer Werteermittlung während der Fahrt und nicht auf dem Rollenprüfstand, steigt der Aufwand für die Abgasreinigung erheblich.

Continental hat auf dem 37. Wiener Motorensymposium, dem wichtigsten Treff der Motorentechnikern, mit einem Ringkatalysator neue Lösungen für die Abgasnachbehandlung vorgestellt. Sie lässt sich vor allem bei den heute weit verbreiteten hubraumreduzierten Benzinmotoren mit Turbolader wirksam einsetzen. „Um die RDE-Vorgaben und andere Grenzwerte für NOx erfüllen zu können, muss ein 3-Wege-Katalysator fast 100 Prozent Umwandlungsrate aufweisen. Das erreicht man nur über eine effiziente homogene NOx-Umwandlung in allen Betriebssituationen“, sagt Dr. Markus Distelhoff, Leiter der Geschäftsbereichs Treibstoff & Abgas Management bei Continental Powertrain. „Der innovative Ringkatalysator in Verbindung mit unserer mikrostrukturierten LS-Metallfolie unterstützt diese Anforderungen erheblich.“Hubraumreduzierte Benzinmotoren mit Turbolader stellen die Entwickler vor zwei Herausforderungen.

Zum einen kann die Abgaszusammensetzung von Zylinder zu Zylinder schwanken. So ist das Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft (Lambda) nicht immer ideal, was die Umwandlung von NOx negativ beeinflusst. Um eine homogene Abgaszusammensetzung zu erreichen, müsste der Weg bis zum Katalysator möglichst lang sein, um eine Vermischung der Gase aus den einzelnen Zylinder zu gewährleisten. Um schnell Betriebstemperatur zu erreichen, werden Katalysatoren heute jedoch motornah eingebaut. Viele neue Fahrzeuge haben inzwischen deshalb 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, beides wirkt nachteilig auf Verbrauch und Leistung. Zum anderen erschwert der Turbolader in manchen Betriebssituationen eine dauerhaft homogene NOx-Umwandlung: Wenn ab einer bestimmten Drehzahl das „Turbinen-By-Pass-Ventil“ (Wastegate) des Turboladers öffnet, erzeugt das eine ungleiche Strömungsverteilung. Sie kann zu einer schnelleren lokalen Alterung im Katalysatorinneren und zu einer schlechteren NOx-Umwandlung führen.

Continental hat mit dem Ringkatalysator eine Lösung für beide Herausforderungen entwickelt: In seinem Kern befindet sich ein Rohr, das den Kat auf seiner gesamten Länge durchzieht. Auf dieser zusätzlichen Rohrstrecke vermischt sich der Abgasstrom besser. Erst am Ende des Rohres wird das Gas um 180 Grad umgelenkt und durchströmt nun den katalytisch wirksamen Teil, der das Innenrohr wie eine Manschette umschließt. „Bedingt durch diese Konstruktion verlängert der Ringkatalysator den Strömungspfad, ohne die Baulänge der Komponente zu vergrößern. Damit ist eine motornahe Platzierung des Ringkatalysators möglich, und die notwendige Temperatur für die NOx -Umwandlung wird unverändert schnell erreicht“, so Rolf Brück, Leiter der Continental-Produktlinie Katalysatoren & Filter.

Der emissionstechnisch wirksame Teil des Ringkatalysators wird aus dem innovativen LS-Metallsubstrat von Continental gewickelt. Die Längsstrukturen (LS) in diesem Material erzeugen auf der Mikroebene Turbulenzen im Abgasstrom. Dadurch gelangen die Stickoxide besser zur katalytisch beschichteten Wand, wo sie umgewandelt werden.