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W. Weissel, B. Geringer, I. Grißtede, S. Bremm:
"Herausforderung an zukünftige Konzepte zur Abgasnachbehandlung bei Pkw-Dieselmotoren";
Talk: 8. FAD Konferenz: Herausforderung - Abgasnachbehandlung für Dieselmotoren, Deresen, D (invited); 2010-11-03 - 2010-11-04; in: "Herausforderung - Abgasnachbehandlung für Dieselmotoren", G. Zikoridse et al. (ed.); (2010), 19 pages.

Politik, Wissenschaft und Gesellschaft unternehmen große Anstrengungen, die fortschreitende Klimaveränderung durch die Reduktion der anthropogenen Klimagase eizudämmen. Gerade der Verkehrssektor steht hier oft im Mittelpunkt des Interesses und muss sich daher großen Herausforderungen stellen. Neben der Forderung, die immer strenger werdenden Emissionsgrenzwerte einzuhalten, stellt die Vorgabe der Europäischen Kommission, ab dem Jahr 2012 einen CO2 Flottenmittelwert von 130 g/km (abhängig vom durchschnittlichen Fahrzeuggewicht der Flotte) nicht zu überschreiten, einen Zielkonflikt in der Motoren- bzw. Fahrzeugentwicklung dar. Will man Dieselfahrzeuge in Märkten wie der USA etablieren, steht man vor vergleichbaren Herausforderungen.
Mit der Entschärfung der Partikelproblematik durch die erfolgreiche Einführung von Dieselpartikelfiltersystemen begleitet von der massiven Senkung der NOx-Grenzwerte in der Euro 6 bzw. Tier 2 Bin 2 Gesetzgebung, hat sich der Focus auf die Reduktion von Stickoxidemissionen verlagert. Trotz der Ausnützung aller innermotorisch sinnvollen Möglichkeiten zur Stickoxidreduktion wird für einen beträchtlichen Anteil der Neufahrzeuge ein effizientes NOx-Nachbehandlungssystem nicht nur notwendig, sondern auch die wirtschaftlich sinnvollste Lösung darstellen. Mit dem NOx-Speicherkatalysator (NSK) und der Selektiven Katalytischen Reduktion (SCR) stehen derzeit zwei bereits im Serieneinsatz befindliche Systeme zur Verfügung.
Beide Verfahren stellen an die Systemkomponenten Dieseloxidationskatalysator (DOC) und Dieselpartikelfilter (DPF) aufgrund ihrer verfahrenstechnischen Merkmale und Einbaulagen im Abgassystem unterschiedliche Anforderungen. Diese sollen als Ausgangspunkt dienen, um die im Rahmen der Zusammenarbeit zwischen der Umicore AG & Co. KG und dem Institut für Fahrzeugentriebe und Automobiltechnik durchgeführten Forschungsarbeiten vorzustellen.
Den Schwerpunkt der Untersuchungen bildet die detaillierte Betrachtung verschiedener DOC-DPF Kombinationen. Insgesamt wurde für 10 Kombinationen am Motorenprüfstand mit Hilfe von stationären und instationären (NEFZ) Betriebszuständen das von der Beschichtung der einzelnen Substrate abhängige Umsatzverhalten und das NO2-Bildungspotential bestimmt. Dabei kamen DOCs mit den Abmessungen 4"x5,66" und Partikelfilter 6"x5,66" zum Einsatz. Alle Versuchsteile wurden vor den Versuchsreihen hydrothermal gealtert, die Beladung der Filter wurde vor jedem Test auf 8g/l eingestellt.
Das NO2-Bildungspotential kann für die Funktion der Bauteile DPF und SCR-Katalysator entscheidend sein. Das Umsatzverhalten von SCR Systemen wird mit einem geeigneten Verhältnis von NO2/NOx maßgeblich verbessert bzw. beschleunigt. Das angestrebte Verhältnis von 1:1 soll mit Hilfe des DOC oder des DPF über die Oxidation von NO zu NO2 realisiert werden. Bei der Kombination DOC vor DPF und nachfolgendem SCR Katalysator kann über die geeignete Abstimmung der einzelnen Beschichtungen sowohl die kontinuierliche Regeneration eines Partikelfilters, welche ein möglichst hohes NO2/NOx-Verhältnis fordert, als auch die Reaktion im SCR-Katalysator berücksichtigt werden. Die NO2- Immissionsproblematik sollte in diesem Zusammenhang jedoch beachtet werten.
NOx-Speicherkatalysatoren übernehmen heute die Aufgaben des DOC und werden vorzugsweise vor dem Partikelfilter motornah positioniert. Die Beschichtung des Filters wird daher für eine optimale Konvertierung von HC und CO Durchbrüchen bei der NSK Regeneration oder beim Kaltstart ausgelegt.
Um das aufgrund der geforderten Wirkungsgradsteigerung des Dieselmotors immer weiter sinkende Abgastemperaturniveau zu berücksichtigen, wurde die Einbauposition der DOC-DPF Kombination sowie die Kalibrierung des Motors so gewählt, dass die maximale Temperatur vor DOC während eines NEDC Prüflaufes einen Wert um 300°C erreichte.
Die Analyse der Messergebnisse lässt einen Ausblick auf die Anforderungen der zukünftigen Abgasnachbehandlungskomponenten zu. Mit der zunehmenden Reglementierung klimarelevanter Abgase, wie CO2, CH4 oder N2O, können niedrige Anspringtemperaturen und hohe Stoffumsätze bei ausreichender Alterungsstabilität nur über die feine Abstimmung der Washcoateigenschaften aller Systembausteine einer Abgasanlage erzielt werden.