Bewertung von Dieseloxidationskatalysatoren unter spezieller Berücksichtigung der NO2 [NO tief 2]-Bildungsrate

Abstract

Vor dem Hintergrund der Einhaltung der sich ständig verschärfenden Emissionsgrenzwerte werden katalytische Abgasreinigungssysteme bei Pkw-Dieselmotoren aus mehreren, speziellen Komponenten aufgebaut. Bei der Weiterentwicklung und Optimierung dieser einzelnen Systemkomponenten ist es entscheidend, die Anforderungen, welche an jede Systemkomponente gestellt werden, zu erfüllen. In einem Abgasreinigungssystem bildet die Funktion des Oxidationskatalysators die Hauptkomponente des Abgasbehandlungssystems. Um die Rolle der Dieseloxidationskatalysatoren (DOC) in einem Dieselemissionskonzept zu behandeln, gibt die vorliegende Arbeit zunächst einen Überblick über die Möglichkeiten zur Reduzierung der gesetzlich limitierten Schadstoffkonzentrationen. Dabei werden innermotorische Maßnahmen ebenso behandelt wie außermotorische Abgasreinigungssysteme. Im DOC hat neben hohen Konvertierungsraten sowie einer niedrigen Light-off Temperatur von unverbrannten Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Konzentrationen die NO2-Bildung eine besondere Bedeutung für die Aktivität der nachgeschalteten Abgasreinigungssysteme wie SCR-Katalysatoren oder Partikelfilter. Zur Sicherstellung der Funktionsanforderungen an das Katalysatorsystem gewinnen die Auslegungsgrößen und Aufbaukomponenten eines DOC an Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist die Identifizierung der Auswirkung der wichtigen Auslegungsgrößen auf die Funktionsweise des DOC in einem Abgasreinigungssystem. In diesem Zusammenhang ist es außerdem bedeutend, die chemischen Prozesse im DOC zu beschreiben sowie den Einfluss des HC-, CO- Umsatzverhaltens auf die NO-Oxidation darzustellen. Um den Zusammenhang zwischen den DOC-Funktionen und den wichtigen Auslegungsgrößen herstellen zu können, wurden quasi stationäre Versuchsreihen auf einem Motorprüfstand durchgeführt. Funktionsbestimmende Auslegungsgrößen sind Katalysatorträgermaterial (Keramik oder Metall), Edelmetallbeladung, Edelmetallzusammensetzung (Pt:Pd-Verhältnis), Katalysatorvolumen und weitere geometrische Parameter, wie Zelldichte und Wandstärke. Mit Hilfe der Variation der beschriebenen Auslegungsgrößen konnte gezeigt werden, wie stark sich einzelne Parameter auf die Katalysatorfunktionen auswirken. Zur Prüfung der Alterungsstabilität wurden die Katalysatoren überwiegend im gealterten bzw. deaktivierten Zustand untersucht. Anhand der ermittelten Messergebnisse wurden die Auswirkungen der untersuchten Parameter auf die DOC-Funktion unter spezieller Berücksichtigung des NO2-Bildungspotentials dargestellt und ausgewertet.<br />Die Auswahl der geeigneten Auslegungsgrößen bietet die Möglichkeit einen DOC optimal weiterzuentwickeln, wobei die Funktionsanforderungen, Edelmetallkosten und das im Fahrzeug verfügbare Bauraumangebot mit berücksichtigt werden müssen.