Motornahe Autoabgaskatalysatoren für Benzinmotoren werden bei hoher Last nicht selten Temperaturen jenseits von 950 C ausgesetzt. Beim Übergang in den Schiebebetrieb wird im Allgemeinen die Kraftstoffeinspritzung zur Minimierung des Verbrauches und zur Verbesserung der Fahrbarkeit abgeschaltet. Bei diesen Lastwechseln zeigen die Bauteiltemperaturen im Autoabgaskatalysator ein - zunächst - überraschendes Verhalten: Während die Temperaturen vor Katalysator unmittelbar nach Einleitung der Schubabschaltung kräftig abfallen, steigen die Temperaturen im Katalysator - mitunter deutlich - an. In diesem Beitrag wird das thermische Verhalten von Drei-Wege-Katalysatoren beim Übergang von höheren Lasten auf Schiebebetrieb mit Schubabschaltung untersucht. Hierfür werden zunächst verschiedene Wärmequellen diskutiert. Neben dem Wärmeeintrag durch Brenngas (z.B. Kurbelgehäuseentlüftung, Tankentlüftung, Kraftstoffwandfilm, undichte Einspritzventile, undichte Ventilschaftdichtungen, undichte Turboladerlagerdichtungen) wird die Wärmetönung der Sauerstoffspeicherreaktion als bislang nicht diskutierte Wärmequelle benannt. Die Untersuchungen werden sowohl mit Hilfe eines dynamischen, eindimensionalen mathematischen Modells, als auch mittels Fahrzeugmessungen auf Fahrzeugrollenprüfständen durchgeführt. Es wird gezeigt, dass anhand von Temperaturverläufen im Katalysator klar zwischen den Wärmequellen Verbrennung von Brenngas und Oxidation von Sauerstoffspeichermaterial unterschieden werden kann. Darüber hinaus wird gezeigt, dass der Temperaturanstieg infolge von Sauerstoffeinspeicherung klar mit der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators korreliert. Für aktuelle Serienbeschichtungen im Frischzustand auf keramischen Dünnwandträgern beträgt dieser Temperaturanstieg immerhin 20 - 25 Grad C. Es wird vorgeschlagen, diesen Temperaturanstieg für eine Diagnose des Alterungszustandes zur Erfüllung der gesetzlich vorgeschriebenen OnBoard-Diagnose heranzuziehen. Temperaturanstiege, welche betragsmäßig die genannten 25OC für Serienbeschichtungen deutlich überschreiten, werden jedoch - zumindest teilweise - durch Brenngasoxidation hervorgerufen. Mittels numerischer Simulation werden Wege aufgezeigt, diese Temperaturerhöhungen applikativ zu mindern, um das Bauteil vor thermischer Überlastung zu schützen.
Dynamisches Verhalten von Drei-Wege Katalysatoren bei Lastwechseln
Emission Control Conference 2006, 3 ; 379-402
2006
24 Seiten, 21 Bilder, 13 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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