Bild S40 GDI Anlage


Bild S41 GDI Anlage NO_x-Speicherfähigkeit

NOx- Speicherkatalysatoren

Bei Benzinmotoren mit Direkteinspritzung besteht die Abgasanlage für aktuelle und zukünftige Grenzwerte aus einem motornahen Vorkatalysator und einem motorfernen Speicherkatalysator, Bild S40.

Die vor dem Vorkatalysator angeordnete Breitband-Lambdasonde regelt und steuert Lambda = 1 sowie den Magerbetrieb des Motors. Der anschließende Vorkatalysator mit 3-Wege-Beschichtung ist für die Einhaltung der Grenzwerte im Kaltstart erforderlich. Seine Funktion sowie das thermische Management der nachfolgenden Abgasanlage wird durch ein Thermoelement kontrolliert.

Der Speicherkatalysator lagert bei magerem Fahrbetrieb an der Speicherkomponente Stickoxide ein. Hat der Speicherkatalysator seine zulässige Füllmenge erreicht, werden bei kurzzeitigem fetten Fahrbetrieb die gespeicherten Stickoxide wieder desorbiert. Diese Stickoxide werden anschließend an der Beschichtung nach dem bekannten 3-Wege-Prinzip reduziert.

Der Arbeitsbereich für diese Speicherfunktion liegt zwischen 250°C. und 450°C Abgastemperatur.

Dieser bestimmt somit den maximal mageren Fahrbereich des Fahrzeugs. Oberhalb dieser Abgastemperatur arbeitet der Speicherkatalysator wie ein 3-Wege-Katalysator. Seine maximale Einsatztemperatur beträgt ~800°C. Im Zusammenspiel mit der Motorsteuerung muss die Abgasanlage zwischen Vorkatalysator und Speicherkatalysator den Temperaturhaushalt für die chemische Funktion regeln. Zum einen kann der erforderliche Temperaturschutz durch reine Motormaßnahmen mit Kraftstoffmehrverbrauch oder zum anderen auch mit Erweiterung des mageren Fahrbereichs durch Unterstützung von so genannten Abgas-Wärmetauschern erfolgen. Wird dadurch das Aufwärmverhalten der Anlage zu stark negativ beeinflusst, wird die Abgasanlage mit einem Schaltelement zum Wechsel zwischen einem kurzen Rohr in der Warmfahrphase und dem Wärmetauscher im Fahrbetrieb ausgerüstet. Das aktuelle K.O.-Kriterium des Systems ist der Schwefelgehalt des Kraftstoffs, der selbst bei niedrigen Konzentrationen die Speicherkomponenten vergiftet. Dies ist zum Teil bei Konditionierung mit fettem Motorabgas und hohen Temperaturen (600) 700 – 750°C. möglich. Der nachfolgende NOx-Sensor oder die Lambdasonde dient der Kontrolle der Katalysatorfunktion und für die OBD.

Dieses System kann auch bei Dieselfahrzeugen eingesetzt werden. Zumeist wird dann der

Speicherkatalysator bereits motornah angeordnet. Wesentlich kritischer ist hierbei die Möglichkeit der Schwefelregeneration sowie die Realisierung der erforderlichen fetten Abgaszusammensetzung.

Die Speicherfähigkeit in Abhängigkeit verschiedener Parameter zeigt Bild S41.

Literatur

[1] W. Müller, U. Göbel, T. Kreuzer: NOx-Speicherkatalysatoren für die nächste Generation Benzindirekteinspritzung, 2. Emission Control, 2004, Dresden