Kompakter, effizienter, kostengünstiger: Motornahe Abgasnachbehandlung für schwere Nutzfahrzeuge
- Motornahe Platzierung des Diesel-Oxidationskatalysators macht Abgasnachbehandlung effizienter und wirtschaftlicher
- Verlagerung der Abgasnachbehandlung schafft so rund 30% mehr Platz und Potenzial zur Tankvergrößerung
- Neuer Katalysatorträger erlaubt optimale Bauraumausnutzung bei weniger Gewicht
Regensburg, Lohmar, Hannover, 25. August 2016. Das internationale Technologieunternehmen Continental stellt auf der 66. Nutzfahrzeug IAA in Hannover (22.-29.09.) eine Lösung für die motornahe Abgasnachbehandlung in schweren Nutzfahrzeugen vor. Durch die motornahe Platzierung des Diesel-Oxidationskatalysators (Diesel Oxidation Catalyst / DOC) kann dessen Volumen um etwa 30 % verkleinert werden. Gleichzeitig kann der Einsatz des neu entwickelten Katalysatorträgers im CS-Design® (Crossversal Structure – Details siehe unten) die Masse des DOC um weitere 20 % reduzieren. Die geringeren Wärmeverluste und die hohe Umsetzungseffizienz der innovativen CS Zellstruktur helfen dabei, künftige Stickoxidemissionsgrenzen, etwa die der CARB 2023 (California Air Resources Board) Regelung in den USA, zu erfüllen. Wegen der höheren Arbeitstemperatur im DOC kann auch die nachfolgende Eindüsung von Harnstofflösung (Urea) früher einsetzen. Zu der in Hannover gezeigten Lösung gehören neben dem DOC auch das im Tank integrierte Urea - Dosiersystem, die SCR (Selective Catalytic Reduction) - Steuerung sowie der metallische Katalysatorträger zur 100-prozentigen Verdampfung der Harnstoff-Lösung.
Katalysatorträger im CS-Design®: Der Katalysator kann seine Wirkung am besten entfalten, wenn die Abgasschadstoffe mit der katalytischen Beschichtung des Katalysatorträgers ständig in Kontakt kommen und die optimale Reaktionstemperatur erreicht ist. Continental hat Metallfolien entwickelt, die eine strukturierte Turbulenz erzeugen und somit leistungsfähiger als vergleichbare konventionelle Katalysatoren sind.
„Bisher scheiterte eine motornahe Platzierung des DOC im schweren Nutzfahrzeug an den Bauraumverhältnissen“, sagt Dr. Markus Distelhoff, Leiter der Business Unit Fuel & Exhaust Management in der Continental Division Powertrain. „Unsere Lösung mit einem besonders leichten und effizienten Katalysatorträger erlaubt es jetzt, kurz bauende, quadratische Geometrien zu verwirklichen, die motornah Platz finden. Damit eröffnen sich zahlreiche Vorteile.“
Durch den reduzierten Materialeinsatz im motornahen DOC bei mindestens gleich hoher Gesamteffizienz des Systems ist die neue motornahe Katalysatorlösung wirtschaftlicher als bisherige rahmenfeste Abgasnachbehandlungslösungen zwischen den Achsen. Der sinkende Volumenbedarf an dieser Stelle kann wieder dem Tankvolumen zugutekommen.
Diesel-Oxidationskatalysators an den vorhandenen Platz anpassen
Die Verlagerung der Abgasnachbehandlung in eine motornahe Position schafft rund 30% mehr Platz und ermöglicht das Potenzial zur Tankvergrößerung im LKW.
Der Antrieb schwerer Nutzfahrzeuge ist auf hohe Effizienz bei hohen Lasten ausgelegt. In anderen Betriebssituationen geben die Motoren dagegen kaum Wärme ab. Was für die Effizienz gut ist, bedeutet für die Abgasnachbehandlung eine Herausforderung: Wenn das Abgas bereits am Motor ein geringes Temperaturniveau hat, dann wirkt sich eine lange Rohrstrecke zwischen Motor und rahmenfester Abgasnachbehandlung zwischen den Rädern umso stärker nachteilig aus, weil das Abgas weiter abkühlt. Vor allem im innerstädtischen Verkehr kann es schwierig sein, eine ausreichende Umwandlungstemperatur sicherzustellen. Durch motornahe Platzierung des DOC ändert sich das: Hier sind die Wärmeverluste durch den Strömungsweg zu vernachlässigen. Weil mit der Arbeitstemperatur der Wirkungsgrad des DOC steigt, kann sein Volumen kleiner sein. So hat Continental bei einer motornahen Testanwendung den DOC von 11,3 l um 30% auf 7,8 l reduziert.
Continental setzt in der motornahen DOC-Lösung den neuen CS Katalysatorträger ein. Bei diesem gewellten Folienmaterial verläuft die Wellstruktur in einem leichten Schrägwinkel (daher Crossversal Structure, „CS“). Durch Kombination abwechselnd links und rechts schräg laufender Wellen kommt die DOC-Struktur erstmals ohne Zwischenfolie aus. Damit sinken der Materialeinsatz und das Gewicht um 20%. Gleichzeitig steigt die Effizienz der NOx-Umwandlung, weil der Schrägverlauf der Wellen Turbulenzen erzeugt. Sie bringen die Stickoxide im Abgas besser in Kontakt zur katalytisch beschichteten Oberfläche des Substrates.
Positive Folgeeffekte der motornahen Anordnung
Im Diesel-Pkw ist die motornahe Platzierung des DOC inzwischen üblich. Vor allem bei schweren Nutzfahrzeugen ist dieser Trend nicht so schnell umsetzbar, weil die zugrunde liegenden Fahrzeugrahmen eine sehr lange Nutzungsdauer haben. Deshalb kann der erste Schritt hin zu einer motornahen Platzierung hier nur über besonders kompakte Katalysatoren erfolgen.
Die motornahe Platzierung des Diesel-Oxidationskatalysators macht die Abgasnachbehandlung im Nutzfahrzeug durch einen höheren Wirkungsgrad effizienter.
Gelingt es, den DOC motornah zu platzieren, ergeben sich zusätzliche Vorteile, so Rolf Brück, Leiter der Produktlinie Katalysatoren bei Fuel & Exhaust Management: „Beispielsweise ermöglicht das höhere Temperaturniveau eine frühere Freigabe für die dem DOC nachgeschaltete Eindüsung der Urea-Lösung. Damit beginnt die NOx-Umwandlung früher.“ Das höhere Temperaturniveau in Verbindung mit den strukturierten metallischen Folien, auf welche die Urea-Lösung aufgesprüht wird, bewirkt eine 100-prozentige Verdampfung der Harnstoff-Lösung. Das verhindert eine Ablagerungsbildung stromabwärts. Diese Ablagerungen verengen Querschnitte, verschlechtern die Regelungsgüte der Abgasnachbehandlung und zerstören gasführende Komponenten wie Flexelemente.
Durch die langfristig vermutlich vollständige Verlagerung der Abgasnachbehandlung zum Motor hin sinkt der rahmenfeste Volumenbedarf, so dass dort wieder mehr Raum für ein höheres Tankvolumen entsteht. „Voraussetzung ist aber die motornahe Platzierung der Abgasnachbehandlung. Wenn man nicht vorne anfängt, hat man hinten nicht die Vorteile“, so Brück weiter.
Simone Geldhäuser
Leiterin Medien
Vitesco Technologies