Verbindung eines NOX-Speicherkatalysators mit einem Diesel Partikel Filter zur Emissions-Reduzierung an einem 6 Zylinder Nfz Motor

Autoren

Dipl.-Ing. T. Colliou, Dr. J. Lavy, Dr. B. Martin, Dr. J. B. Dementhon, IFP, Lyon; Dipl.-Ing. G. Pichon, Dipl.-Ing. K. Chandes, Dipl.-Ing. L. Pierron, RENAULT TRUCKS, St. Priest

Jahr

2003

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 539

Zusammenfassung

Zur umfassenden Optimierung der Leistung eines Verbrennungsmotors (NOx, Partikeln, Wirkungsgrad) scheint die Anwendung eines NOx-Abgasreinigungssystems erforderlich, um die EURO IV Emissionsstandards für Nfz zu erfüllen. Verschiedene Technologien stehen hierfür zur Auswahl wie z.B. SCR, DeNOx Katalysatoren in denen ein zusätzliches Reduktions-mittel – z.B. Harnstoff - eingespritzt wird. NOx-Speicherkatalysatoren bieten hier eine interessante Alternative, da sie keine zusätzliche Speicherung im Fahrzeug bedingen. Das Prinzip eines solchen Systems besteht darin, die NOx während des Magergemischbetriebes des Motors in stabiler Form zu speichern, um sie dann durch kurzzeitigen Betrieb mit fetter Mischung zu reduzieren. Die vorliegende Arbeit, wurde an einem 6 Zylinder RENAULT TRUCKS Motor durchgeführt. Die ersten Untersuchungen wurden mit nur einem NOx-Speicherkatalysator durchgeführt, um die Adsorbtion und Desorbtion zu bewerten und hinsichtlich NOx-Konvertierungs-Wirkungsgrad und Treibstoffverbrauch zu optimieren. Das Niveau des Gemischverhältnis, welches die Dauer und den Wrikungsgrad der Regenerationsphase, der Verbrauchsanstieg und die Temperaturhöhe des NOx-Speicher Katalysators beeinflusst, zeigte sich als Hauptparameter. Die Ergebnisse bestätigten, dass eine Regeneration unter hohem Gemischverhältnis (um 1.18) die besten Resultate erbrachte. Die Notwendigkeit, sei es auch nur kurz auf fetten Betrieb umzustellen, führt zu einem Anstieg der Partikelemission und somit zum Einsatz eines DPF´s. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die verschiedenen Möglichkeiten der Positionierung der Abgasnachbehandlungssysteme (NOx -Speicherkatalysators und des katalytischen DPF´s) untersucht und bewertet. Der Einbau des NOx-Speicherkatalysators oberhalb des CDPF erlaubt den besten Kompromiss zwischen NOx Effizienz und Treibstoffverbrauch, da diese Konfiguration das Entweichen von NOx aus dem Speicherkatalysator verringert (Reaktion mit den mitgeführten Reduziermitteln innerhalb vom CDPF) und somit die angefetteten Impulse nicht stört.Zur Erreichung von NOx-Emissionen unter EURO V Grenze, sind häufigere NOx Speicherkatalysator Regenerationen notwendig, welche aber gleichzeitig den CRT Effekt herabsetzen. Deshalb sind für diese Einsatzbedingungen spezielle DPF Regenerations-Strategien erforderlich. Der Einbau des CDPF oberhalb des NOx Speicherkatalysators kann diesen Nachteil bis zu 1g/kW.h NOx Ausstoß eliminieren, ohne den CDPF zu beladen. Darüber hinaus ist der Einbau des CDPF vor dem NOx-Speicherkatalysators im Hinblick auf dessen Lebensdauerfestigkeit sogar vorzuziehen. Mit dieser Konfiguration und einem zusätzlichen Oxidationskatalysator unterhalb des NOx-Speicherkatalysators, um die NOx, HC und CO Entweichen zu verringern, schafft man den Sprung von EURO III zu EURO V. (Der Kraftstoffverbrauch steigt dabei gerade mal um 1,8% für die NOx Reduktion an). Auch Die CO Emissionen erfüllen die EURO V Anforderungen, nur die HC Emissionen müssen noch weiter verringert werden. Dies kann durch die Optimierung der Einspritzparameter bei der Anfettung und das ohne Nachteil für den Treibstoffverbrauch erreicht werden. RENAULT TRUCKS ist Partner dieses am I.F.P durchgeführten Forschungsprogrammes. Die französische F.S.H (Fond zur Unterstützung von Kohlenwasserstoffen) war ebenfalls an der Förderung dieses Programmes beteiligt.

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