Neue Katalysatorträger-Innovation für die Einhaltung der RDE- und SULEV-30-Grenzwerte

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1 - 1 - Dipl. Ing. Rolf Brück, Dipl. Ing. Peter Hirth, Dipl. Ing. Bin Hu, Dipl. Ing. Christian Schorn Continental Emitec GmbH Neue Katalysatorträger-Innovation für die Einhaltung der RDE- und SULEV-30-Grenzwerte Kurzfassung Die Abgasemissionen für PKW und LKW konnten im letzten Jahrzehnt erheblich abgesenkt werden. Die steigenden Anforderungen wurden durch motornahe Katalysatorsysteme und fortschrittliche Katalysatoren sowohl bei modernen Otto-, als auch bei Dieselmotoren erfüllt. Durch die Entwicklung von turbulenten wirkenden Katalysatorstrukturen konnten die Katalysatoranlagen gleichzeitig kleiner und kompakter gestaltet werden. Die Einführung der RDE-(Real Driving Emissions) PKW-Gesetzgebung bzw. der verschärften In- Use- Compliance- Regulierung für NFZ, wird zukünftig die Funktionalität der Abgasnachbehandlung praktisch über den gesamten Kennfeldbereich fordern. Daraus resultierend müssen Katalysatoren sowohl für den Nieder- als auch für Hochlastbetrieb derart ausgelegt werden, dass höchste Umsatzraten ohne große Erhöhung des Druckverlusts erzielt werden können. In den USA bzw. Kalifornien werden zusätzliche Anforderungen formuliert wie beispielsweise die weitere Absenkung der NOx- Grenzwerte um 90% innerhalb der SULEV-Gesetzgebung oder die in Diskussion befindlichen NFZ- Grenzwerte für Kalifornien ab Insbesondere bei Ottomotoren entsteht bei der Umsetzung dieser Forderungen die Notwendigkeit, Einzelzylinder-Lambda-Effekte zu vermeiden bzw. Strömungszonen unterschiedlicher Abgaskonzentrationen wieder miteinander zu vermischen, um insbesondere eine hohe NOx- Konvertierungsrate zu gewährleisten. Lösungen wie z.b. zusätzlich zu den motornahen Katalysatoren installierte Unterbodenkatalysatoren als NOx- Nachreinigungsstufe nach einer Rohrmischstrecke erhöhen sowohl die Komplexität, Abgasgegendruck als auch die Kosten. Die vorliegende Veröffentlichung präsentiert erstmalig innovative metallische Katalysatorträgerkonzepte in ringförmiger Bauweise, die den oben genannten Anforderungen Rechnung tragen. Neben dem Aufbau und dem Design der Katsysteme werden umfangreiche Berechnungs- und Versuchsergebnisse der Nachbehandlungskonzepte vorgestellt.

2 Einleitung Die Zukunft der Mobilität und insbesondere deren potentielle Erscheinungsformen werden seit vielen Jahren teilweise konträr diskutiert. Hat der Verbrennungsmotor eine Zukunft? Kommt das Elektrofahrzeug? Sind Hybridantriebe das Mittel der Wahl für eine Übergangszeit? Oder ist doch die Brennstoffzelle das Konzept der Zukunft? Bezeichnenderweise lassen sich alle Antriebskonzepte auf zwei Grundfragestellungen reduzieren: Woher bekommt man die Energie und welche Schadstoffe werden dabei emittiert? Der Strom kommt zwar aus der Steckdose, muss jedoch erzeugt werden. Eine CO 2 -freie Stromproduktion mittels Photovoltaik oder Windkraft erscheint zielführend, nachdem die Stromerzeuger erst einmal produziert und in Betrieb genommen worden sind. Bekanntlich allerdings besteht die Hürde einer an die Witterungsbedingungen gekoppelten und somit stark schwankenden Stromproduktion. Zumindest zurzeit erscheint eine Speicherung der produzierten Überschüsse ortsabhängig noch schwierig. Spitzenleistungen können teilweise nicht abgenommen werden und Speicherkraftwerke sind in vielen Fällen ebenfalls nicht verfügbar. Eine viel diskutierte Variante ist die Herstellung von Wasserstoff als Energieträger, mit dessen Hilfe in Brennstoffzellen Strom erzeugt werden kann. Vergleicht man die Energiedichten von Wasserstoff (Lagerung bei 700 bar) und heute gängigen flüssigen Kraftstoffen (Abbildung 1), dann wird eines der Probleme deutlich: Selbst bei Lagerung in mit hohem Aufwand hergestellten Tanksystemen ist die Energiedichte von Wasserstoff in keiner Weise vergleichbar zu jener von herkömmlichen Kraftstoff in einem Benzintank. Abbildung 1: Energiedichte verschiedener Energieträger Eine weitere Möglichkeit stellt die Weiterverarbeitung des Wasserstoffs mit CO 2 zu dieselähnlichem Kraftstoff dar. Hierbei nutzt man aus Verbrennungsvorgängen (Kohlekraftwerk) oder industriellen Prozessen (Stahlindustrie) stammendes CO 2 quasi regenerativ und setzt es mit

3 - 3 - Wasserstoff um, der aus Elektrolyseanlagen stammt, die mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben werden. In mehreren nachfolgenden Prozessschritten lässt sich auf diese Weise ein exakt auf die Anwendung zugeschnittener Kraftstoff erzeugen, der aufgrund seiner chemischen Gleichförmigkeit eine ideale Basis für einen emissionsfreien Verbrennungsmotor bildet. Nutzt man einen solchen Kraftstoff nun im Verbrennungsmotor, ist der Verbrennungsprozess also CO 2 -neutral. Damit wäre eines der Argumente gegen den Verbrennungsmotor, der CO 2 -Ausstoß, widerlegt. Die weitere Aufgabe besteht darin, den Verbrennungsmotor und dessen Abgasnachbehandlung so effektiv zu gestalten, dass die Zusammensetzung des Abgases keine höheren Schadstoffkonzentrationen enthält als die Umgebungsluft, die für die Verbrennung angesaugt wird. Die weltweit immer schärfer werdenden Emissionsgesetzgebungen, und hierbei insbesondere die aktuell diskutierten bzw. zum Teil schon beschlossenen Real Driving Emissions stellen nun einerseits zwar eine große Herausforderung für die Automobilindustrie dar, bewirken aber andererseits möglicherweise, dass das Automobil mit Verbrennungsmotor nicht mehr als Umweltverschmutzer angesehen wird. Die aktuellen SULEV-20 bzw. SULEV-30-Grenzwerte in Kalifornien als Teil der dortigen LEV- III-Gesetzgebung fordern noch einmal eine Verringerung der NMOG + NOx-Emissionen auf 20 bzw. 30mg. Parallel dazu wird in Europa die RDE-Gesetzgebung implementiert, die zukünftig Emissionen nicht nur im Testzyklus, sondern im realen Fahrbetrieb überprüft. Damit werden zum einen sowohl für Motorenentwickler als auch für die Katalysator- und Filtertechnik neue technische Herausforderungen generiert, zum anderen wird das Automobil einem positiven Umweltimage einen Schritt näher gebracht.

4 Der 3-Wege-Katalysator im Ottomotor-Antriebsstrang Der geregelte 3-Wege Katalysator wurde 1976 von der Firma Volvo eingeführt. Mit Hilfe der Lambdasonde bzw. der Lamdaregelung wurde es möglich, die Abgaszusammensetzung so einzustellen, dass die Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen einerseits und die Reduktion von Stickoxiden andererseits gleichzeitig ablaufen. Heutige Katalysatorkonzepte erreichen in den Testzyklen Umsatzraten von über 99%. Wenn nun weitere Effektivitätssteigerungen erzielt werden sollen, steigen zum einen die Anforderungen an die Gemischregelung des Motor hinsichtlich der Gleichförmigkeit des Gemischs in den einzelnen Zylindern, zum anderen aber auch die Anforderungen hinsichtlich einer möglichst hohen und homogenen Ausnutzung des gesamten Katalysatorvolumens. Wichtig hierbei ist insbesondere, dass im gesamten Katalysatorvolumen das korrekte Kraftstoff-Luft-Gemisch vorliegt. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig, dass das Abgas jedes einzelnen Zylinders tatsächlich den gesamten Katquerschnitt mit einer hohen Gleichförmigkeit beaufschlagt, anstatt nur einzelner Bereiche, was dann zu Lambdaabweichungen im Katalysator durch unterschiedliche Einzelzylinderlambdas führen kann. Die Verwendung von Turbomotoren verbessert die Situation hier bereits deutlich, da der Lader quasi als großer Mischer wirkt. Da aber die meisten Ottomotor-Turbolader Wastegate-Lader sind, also einen schaltbaren Bypass haben, ist eine gute Vermischung des Abgases gerade bei motornahen Kats stark abhängig vom Lastpunkt bzw. vom Öffnungswinkel des Wastegate. Abbildung 2: Strömungsverteilung eines motornahen Katalysators mit geschlossenem und geöffnetem Wastegate Abbildung 2 zeigt den großen Einfluss des Wastegates auf den Gleichförmigkeits-Index der Kat-Beaufschlagung. Bei geöffnetem Wastegate sind deutlich lokale Geschwindigkeitsmaxima zu erkennen. Schon geringe Ungleichförmigkeiten führen zu einer lokalen Überlastung des Katalysators.

5 - 5 - Eine bekannte Verbesserungsmöglichkeit stellen radial permeable Katalysatoren mit turbulent wirkenden Strukturen dar. Beispielsweise ermöglicht der Einsatz der sogenannten PE-Struktur [1, 2] eine radiale Vergleichmäßigung von unterschiedlich hohen Strömungsgeschwindigkeiten und Schadstoffkonzentrationen der Abgasbestandteile. Dieser Effekt ist bereits seit vielen Jahren bekannt [3] und die entsprechenden Produkte in Serie eingeführt. Abbildung 3 zeigt eine Messung mittels vier über den Katalysatorquerschnitt verteilten Lambdasonden mit einem Standardkatalysator und einem Katalysator mit PE-Struktur. Man erkennt beim Standardsubstrat eine hohe Lambda-Abweichung an den unterschiedlichen radialen Katpositionen von bis zu 0,4 V, während beim Einsatz eines PE-Substrats die Lambdawerte an allen vier Meßstellen nahezu identisch sind (Schwankung < 0,1 V), bedingt durch die radiale Vermischung im PE-Substrat. Trotz der Existenz dieser Katalysator-Technologie und besonders bei Applikationen, die ohne solche Lösungskonzepte auskommen, ist es bei modernen motornahen Katalysatoren aufgrund von Bauraumbegrenzungen häufig schwierig, eine perfekte Verteilung der Einzelzylinderströmungen zu erreichen. Abbildung 3: Messung der Lambdaverteilung hinter Katalysator eines Standard- und eines PE-Katalysators [2] 3. Ein Zusatzkat als schnelle Lösung Eine einfache und schnell verfügbare Lösung, die Katalysatoreffektivität zu erhöhen, ist der Einsatz eines zweiten, zusätzlichen Katalysators im Unterboden, also nach einer gewissen Rohrlänge des Abgasrohrs, welches als Mischstrecke wirkt. Typische Lösungen sehen dabei ein Katalysatorvolumen von etwa einem Liter vor. Abbildung 4 zeigt

6 - 6 - schematisch ein solches Konzept einer Abgasanlage mit motornahem und einem zusätzlichen Unterbodenkat. Abbildung 4: Schematische Darstellung einer Abgasanlage mit motornahem und Unterbodenkatalysator Wenn in diesem Zusammenhang von einer notwendigen Steigerung der Umsatzrate die Rede ist, sollte man die Tatsache nicht aus den Augen verlieren, dass ein serienmäßiger motornaher Katalysator bereits 98-99% aller Schadstoffe umwandelt. Für den zusätzlichen Unterbodenkatalysator verbleibt somit nur noch die Restarbeit, das an dieser Kat- Position bereits gut vermischte Abgas final zu reinigen. Der dabei zusätzlich erforderliche absolute Wirkungsgrad beträgt also nur 1-2 %, die Verringerung der Restemissionen und damit der Tailpipe-Emissionen ist natürlich deutlich höher. Da die absolute Konvertierungsleistung so niedrig ist, bestimmt primär der Stofftransport an die Kanalwand [4,5] die katalytische Effektivität, also die Diffusion der Schadstoffe an die katalytisch aktiven Flächen des Katalysators. Das bedeutet, dass das geforderte Katalysatorvolumen eigentlich nur dazu notwendig ist, um die benötigte Kanallänge für den Diffusionsprozess zur Verfügung zu stellen. Ähnlich dem oben beschriebenen PE- Designs werden weitere metallische Katalysatorstrukturen angeboten, deren Eigenschaft es ist, insbesondere den Stofftransport bzw. die Diffusion der Schadstoffe an die Kanalwand zu intensivieren. Die sogenannte LS-Struktur verlagert einen Teil der Kanalwand in die Kernströmung des Kanals und verkürzt damit die Diffusionswege deutlich. Zur Ermittlung eines optimalen Kosten-Nutzen-Verhältnisses der Katalysatoren wurde ein Versuchsprogramm an einem 1,6 Liter-Mittelklassefahrzeug mit 110 kw durchgeführt. Zusätzlich zu dem motornahen Serienkat wurden dabei in der Unterbodenposition Träger eingebaut. Tabelle 1 beschreibt diese Testkatalysatoren. Tabelle 1: Testkatalysatoren in Unterbodenposition

7 - 7 - Abbildung 5: Druckverluste der getesteten Zusatzkatalysatoren Zunächst wurden die Druckverluste der Katalysatoren gemessen (Abbildung 5). Die dargestellten Druckverluste sind zusätzlich zum verbauten Serienkatalysatorsystem zu verstehen. Ziel war ein möglichst niedriger Druckverlust, um negative Einflüsse auf Motorleistung und Verbrauch zu vermeiden. Erwartungsgemäß zeigen die kurzen Katalysatorscheiben einen um etwa 50% niedrigeren Druckverlust als der Zusatzkatalysator in Standardgröße. Alle Katalysatoren waren mit identischer Beschichtung und einer spezifischen Edelmetallbeladung von 4g/ft³ mit Pt/Pd/Rh = 0:2:2 versehen. Die Tests wurden sowohl im FTP als auch im US06-Highway-Test durchgeführt. Abbildung 6 zeigt die ermittelten NOx- Emissionen der Testkatalysatoren im US 06-Test.

8 - 8 - Abbildung 6: NOx- Emissionen im US06-Test mit dem Seriensystem und mit Zusatz-Unterbodenkatalysator Die Messungen wurden ohne jede zusätzliche Änderung am Motormanagement oder der Gemischregelung gefahren. Das beste Ergebnis wurde mit Verwendung einer 40mm kurzen Katalysatorscheibe in der 400cpsi LS-Struktur erzielt. Im Vergleich zum Standard Zusatzkat konnte dabei das Volumen, die absolute Edelmetallbeladung und damit die Kosten um 60% verringert werden. Gleichzeitig wurden die Tailpipe-NOx-Emissionen um ca. 45 % reduziert. Die Tests im FTP-Zyklus zeigen ein gleichartiges Verhalten. Damit konnte klar demonstriert werden, dass kurze Katalysatorscheiben mit turbulent wirkender Struktur bzgl. Effektivität, Druckverlust und Kosten die optimale Lösung für einen Clean-up -Katalysator darstellen. 4. Der Ringkatalysator, ein neues Konzept für motornahe 3-Wege- Katalysatoren Die gezeigte Katalysatorscheibe stellt zwar eine sehr gute Lösung dar, insbesondere wenn bestehende Fahrzeuge und Abgaskonzepte verbessert werden sollen. Mittelfristiges Ziel sollte es trotzdem sein, auf den Zusatzkatalysator zu verzichten und eine motornahe Lösung zu finden. Eine mögliche Lösung hierzu stellt der sogenannte Ringkatalysator dar. Bereits heute ist dieses Trägerkonzept bei SCR-Non-Road-Anwendungen in die Serie eingeführt. Hierbei (Abbildung 7) strömt das Abgas zunächst durch die Katstruktur im äußeren Ring und wird am Katalysatorende nach Passieren eines Drallerzeugers umgelenkt und in das zentrale Rohr geleitet. In die Umlenkkammer ist eine SCR-Einspritzdüse eingebaut, die in das zentrale Rohr eindüst. Da das heiße Gas am Eintritt des Katalysators das dort verlaufende, gekrümmte Austrittsrohr vorheizt, treffen dort ggf. noch nicht verdampfte AdBlue-Tropfen auf eine heiße Rohrwand, wodurch Ablagerungen vermieden werden.

9 - 9 - Abbildung 7: Ringkatalysator-DOC mit mittiger SCR-Eindüsung [6, 7] Für die motornahe Anwendung in Ottomotoren wurde dieses Konzept wie folgt abgewandelt: Aus dem Turboladeraustritt strömt das Abgas durch das zentrale Rohr, wird in der Umlenkkammer intensiv vermischt und durchströmt auf dem Rückweg die Katstruktur. Abbildung 8 zeigt das prinzipielle Konzept. Abbildung 8: Konzept des motornahen Ringkatalysators für ottomotorische Anwendungen und mögliche Optimierung Aufgrund der Drallströmung am Turboladerautritt, die auch im Innenrohr des Ringkatalysators bestehen bleibt, kommt es zu einer ausgezeichneten Vermischung. Insbesondere der Wastegate-Öffnungswinkel hat keinen Einfluss auf die Strömungsverteilung vor Kat, da die Wastgateströmung in die Drallströmung im Innenrohr übergeht. Abbildung 9 zeigt die Strömungsverteilung am Austritt eines Ringkatalysators mit geschlossenem und voll geöffnetem Wastegate im Vergleich zu den Verhältnissen am Standardsystem. In Teilbereichen des Ringkatalysatorsystems sind noch geringfügige Ungleichförmigkeiten der Strömungsverteilung zu erkennen, die in weiteren Optimierungsschritten noch optimiert werden können. Es wird aber deutlich, dass bereits

10 in dieser Baustufe im Gegensatz zur normalen Katalysatoranordnung (Abbildung 2) die neue Konfiguration am Ringkatalysator praktisch nicht durch das Wastegate beeinflusst wird. Abbildung 9: Strömungsverteilung im Ringkatalysator als Funktion des Wastegate Öffnungswinkels

11 In Tabelle 2 sind die Druckverluste des Seriensystems im Vergleich zum Ringkatalysatorsystem bei verschieden Abgasmassenströmen dargestellt. Tabelle 2: Druckverlust des Seriensystems im Vergleich zum Ringkatalysatorsystem bei verschiedenen Abgasmassenströmen Bei beiden Applikationen wurde das gesamte Katalysatorsystem inkl. Ein- und Auslasskonen vermessen. Wie aus Abbildung 8 zu sehen ist, ergibt sich aus der Anwendung des Ringkatalysators noch weiteres Potential. Bei der Testvariante war der Querschnitt des Turboladeraustritt des Serienturboladers zu groß, weshalb ein Konfusor eingebaut werden musste. Eine Anpassung der Durchmesser des Turboladeraustritts und des Ringkatalysator-Rohrdurchmessers garantiert eine verlustfreiere Strömung, wodurch der Druckverlust verringert wird. Durch die sehr gleichmäßige Strömungsverteilung wird auch bei hohen Lasten der Katalysator komplett ausgenutzt, die Katalysatoralterung im realen Fahrbetrieb vergleichmäßigt und damit positiv beeinflusst. Ein weiterer Vorteil ist, dass es bei insbesondere bei hohen Lasten konstruktiv ein signifikanter Temperaturverlust zwischen Turbolader-Austritt und Kat-Eintritt eingestellt werden. Dadurch kann entweder die thermische Katalterung verringert werden oder in einem erweiterten Kennfeldbereich mit einer Lambda-1-Strategie gefahren werden. Im nächsten Schritt sollte nun ermittelt werden, ob es durch die längere Anströmung und durch die Umlenkung vor dem Katalysator zu einer Verschlechterung des Light-Off- Verhaltens kommt. Diese Untersuchungen wurden an einem 2.0l-4-Zylinder-Motor mit 130kW durchgeführt. Abbildung 10 zeigt die kumulierten HC-Emissionen im NEDC-Testzyklus des motornahen, direkt an den Turbolader angeflanschten Seriensystems im Vergleich zum Ringkatsystem.

12 Abbildung 10: Kumulierte HC-, CO- und NOx-Emissionen im NEDC-Testzyklus eines motornahen Katalysator-Systems im Vergleich zum Ringkatsystem Das Ergebnis zeigt im Rahmen der Messgenauigkeit identische Nach-Kat-Emissionen von HC, CO und Stickoxiden, sowohl im Kaltstart als auch über den kompletten NEDC- Testzyklus. Im Kaltstart ist das Wastegate geschlossen, so dass bei beiden Systemen die Katfläche etwa gleich gut genutzt wird. Die etwas geringere Anströmfläche kompensiert dabei die etwas größere Entfernung des Ringkatalysators zum Motor. Im nächsten Schritt wurde ein komplettes Versuchsprogramm geplant, bei dem auch die Einzelzylinder-Lambdawerte absichtlich verstimmt wurden, um deren Einfluss auf das Seriensystem und den Ringkatalysator überprüfen zu können. Zusätzlich wurden Testzyklen wie der neue World-Wide-Harmonized-Zyklus, höhere Konstantlastpunkte und der RDE- Dynamik -Test durchgeführt, um das Potential der Ringkat-Lösung zu überprüfen. Leider lagen die Messergebnisse zum Zeitpunkt der Abgabe des Papers noch nicht vor, werden aber in der Präsentation gezeigt werden. 4.1 Ringkatalysator als Heizkatalysator (E-Kat) Bereits in der Vergangenheit wurde mehrfach gezeigt [8,9], dass der elektrisch beheizbare Katalysator sowohl beim Ottomotor als auch beim Dieselmotor eine probate Lösung bietet, motorunabhängiges Thermomanagement durchzuführen. In ottomotorischen Anwendungen unterstützt der E-Kat primär den Kaltstart. Ziel ist dabei, auf die motorischen Katalysatorheizmaßnahmen vollständig zu verzichten. Systeme mit E-Kat zeigen nachweislich Vorteile im Kraftstoffverbrauch und damit in den CO 2 -Emissionen, darüber hinaus lassen sich auch Vorteile hinsichtlich der Reduktion der Partikelanzahlemissionen während der Kaltstartphase nachweisen.

13 Abbildung 10 zeigt dazu die Partikelanzahlemissionen im Kaltstart mit und ohne motorische Katheizmaßnahmen. Die Heizleistung und Heizzeit des E-Kats waren so eingestellt, dass die HC-, CO- und NOx-Emissionen vergleichbar mit den Ergebnissen beim motorischen Heizen waren. Abbildung 11: Partikelanzahlemissionen im Kaltstart des NEDC mit und ohne motorische Katalysatorheizmaßnahmen bzw. mit/ohne E-Kat Neben den Vorteilen des E-Kats bei ottomotorischen Anwendungen zeigt der Heizkatalysator insbesondere in Verbindung mit einem 48V-Mild-Hybrid großes Potential [10]. Aus diesem Grund wurde der Ringkatalysator auch in einer Ausführung als Heizkatalysator entwickelt (Abbildung 12). Abbildung 12: Ring-Heizkatalysator für ottomotorische Anwendungen und Hybridantriebe

14 Damit stellt der Ringkatalysator in Zukunft ein flexibles Werkzeug für die unterschiedlichsten Applikationen dar. 5. Zusammenfassung Die weltweit immer schärfer werdenden Emissionsgesetzgebungen, wie die aktuellen SULEV-20- bzw. SULEV-30-Grenzwerte in Kalifornien oder auch die aktuellen RDE- Anforderungen stellen eine bedeutende Herausforderung für die Automobilindustrie und die Hersteller von Katalysator- und Filtertechnik dar. Heutige 3-Wege-Katalysatorkonzepte erreichen trotzdem schon Umsatzraten von nahe 100%, allerdings bei den aktuellen Messbedingungen. Um noch weitere Steigerungen zu erzielen, muß die Latte der Anforderungen an die Gemischregelung des Motor als auch die Anforderungen hinsichtlich einer möglichst hohen und homogenen Ausnutzung des gesamten Katalysatorvolumens noch höher gelegt werden. Kurzfristige und einfache Lösungen zur Steigerung der Katalysatoreffektivität sind z. B. der Einsatz eines zweiten, zusätzlichen Katalysators im Unterboden, vorzugsweise mit kleinen Volumina um ca. 1 Liter. Dabei lassen sich die Tailpipe-NOx-Emissionen um ca. 45 % reduzieren. Es konnte gezeigt werden, dass kurze Katalysatorscheiben mit turbulent wirkender Struktur bzgl. Effektivität, Druckverlust und Kosten sehr gute Lösungen für einen Clean-up -Katalysator darstellen. Längerfristig sind motornahe Konzepte wie zum Bespiel der Ringkatalysator vorzuziehen. Aufgrund der Drallströmung am Turboladerautritt kommt es bei solchen Ringkatalysatorsystemen zu einer ausgezeichneten Vermischung der Schadstoffe im Abgas vor Eintritt in die Katalysatorstruktur. Damit konnten Einflüsse des Wastegate- Öffnungswinkels vollständig eliminiert werden. Im Abgastest wurden identische Nach-Kat- Emissionen von HC, CO und Stickoxiden, sowohl im Kaltstart als auch über den kompletten NEDC-Testzyklus im Vergleich zu einem Standard-motornahmen System herausgefahren. Somit bieten sich motornah aufgebaute Ringkatalysatorsysteme zum Einsatz in modernen aufgeladenen Ottomoren an, denn sie offerieren großes Potential für deutliche Effizienzsteigerungen durch interne Kompensation von laderinduzierten Ungleichverteilungen und denkbaren Hochtemperatur-Entlastungsstrategien. Da darüber hinaus der Heizkatalysator insbesondere in Verbindung mit einem 48V-Mild- Hybrid großes Potential für Emissionsreduktionen zeigt, wurde der Ringkatalysator auch in einer Ausführung als Heizkatalysator entwickelt.

15 Quellenverzeichnis [1] W. Maus, A. Schatz und J. Diringer, Metallträger mit strukturierten Folien: Hocheffektiv und sie minimieren den Druckverlust, in Symposium: Entwicklungstendenzen bei Ottomotoren, Esslingen, 2004 [2] J. Dahlgren, M. Laurell, N. Vollmer, R. Brück, P. Hirth und W. Maus, Der Lambdasondenkatalysator ; ein neues Konzept für kompakte Hochleistungs- Katalysatorsysteme, in 14. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik, Aachen, 2005 [3] M. Ganz, S. Hackmayer, C. Kruse und A. Reck, Innovatives Katalysatorsystem für den Audi RS, 8 Zyl, 4,2 ltr, 331 kw mit LEV Zertifizierung, in Wiener Motorensymposium, Wien, 2004 [4] W. Maus und R. Brück, Die Zukunft der heterogenen Katalyse im Automobil; "Turbulente" Katalysatoren für Otto- und Dieselanwendungen, in Wiener Motorensymposium, Wien, 2005 [5] R. Brück, P. Hirth und W. Maus, Grundlagen der "laminaren" und "turbulenten" Katalyse; "Turbulent" schlägt "Laminar", in Wiener Motorensymposium, Wien, 2006 [6] K. De Rudder, Tier 4 High Efficiency SCR for Agricultural Applications, in SAE International, Detroit, 2012 [7] K. Müller-Haas, W. Maus und R. Brück, Entwicklung eines Hochleistungs-SCR- Systems für Nonroad-Mobil-Machinery (NRMM) dargestellt an landwirtschaftlichen Maschinen, in 18. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik, Aachen, 2009 [8] W. Kiefer, B. Plodek, P. Ehmann, R. Feldwisch-Drentrup und J. Diringer, BMW 750i mit elektrisch beheiztem Katalysator, MTZ Motorentechnische Zeitschrift, Bd. 11, Nr. 59, pp. 3-11, 1998 [9] R.Brück, R. Konieczny, " Thermomanagement für Niedrigstemissionskonzepte moderner Antriebe; Der elektrisch heizbare Katalysator" in 19. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik, Aachen, 2010 [10] T. Knorr, D. Ellmer, O. Maiwald, A. Schatz, R.Brück, " The Electric Heatable Catalyst - An Efficient Measure for Emission Optimization in Mild Hybrid Vehicle Operation Strategies" in 24. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik, Aachen, 2015