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Beladungsregelung eines NH3-SCR-Katalysator-Systems auf minimale NOx-Emissionen mittels Hochfrequenzsensorik

  • Ralf Moos
  • Markus Dietrich

Zusammenfassung

Die hochfrequenz- oder mikrowellenbasierte Katalysatorzustandsbestimmung bietet die Möglichkeit, einen Fahrzeugkatalysator an seinem optimalen Punkt zu betreiben. Dies wurde bereits bei der Bestimmung der Sauerstoffbeladung von Dreiwegekatalysatoren, der Rußbeladung von DPFs/GPFs und der Ammoniakbeladung von SCR-Katalysatoren auf Vanadium- und Zeolithbasis nachgewiesen. Letzteres jedoch nur im Labormaßstab in synthetischem Abgas und mit gasförmigem Ammoniak als Reduktionsmedium.

Nun werden Ergebnisse zusammengefasst, die auf einem Motorprüfstand mit in Serie befindlichen Fe- oder Cu-Zeolith-SCR-Katalysatoren gewonnen wurden. Dabei wurde eine Harnstoffwasserlösung als Reduktionsmedium verwendet. Die aktuelle Ammoniakbelastung wird mit dem Hochfrequenz-Messsystem ohne zusätzliche Sensoren direkt in Echtzeit erfasst und die Dosierung der Harnstoffwasserlösung wird gemäß einer neuartigen Zielbeladungsmethodik geregelt.

Die Beladungsregelung eines NH3-SCR-Katalysator-Systems auf minimale NOx-Emissionen mittels Hochfrequenzsensorik war sowohl im stationären als auch im transienten Betrieb erfolgreich.

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Literatur

  1. [1]
    Shelef, M., McCabe, R.W., “Twenty-five years after introduction of automotive catalysts: what next?”, Catalysis Today, Vol. 62, S. 35-50, 2000.CrossRefGoogle Scholar
  2. [2]
    Koebel, M., Elsener, M., Kröcher, O., Schär, C., Röthlisberger, R., Jaussi, F., Mangold, M., ”NOx Reduction in the Exhaust of Mobile Heavy-Duty Diesel Engines by Urea-SCR”, Topics in Catalysis, Vol. 43, S. 43-48, 2004.CrossRefGoogle Scholar
  3. [3]
    Johnson, T., “Vehicle Emissions Review – 2012”, Directions in Engine-Efficiency and Emissions Research (DEER) Conference, Dearborn, Michigan, Oct. 16-19, 2012. Letzter Zugriff am 27.12.2017 auf https://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/pdfs/deer_2012/wednesday/presentations/deer12_johnson.pdf
  4. [4]
    Kröcher, O., Devadas, M., Elsener, M., Wokaun, A., Söger, N., Pfeifer, M., Mussmann, L., “Investigation of the selective catalytic reduction of NO by NH3 on Fe-ZSM5 monolith catalysts”, Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 66, S. 208-216, 2006.CrossRefGoogle Scholar
  5. [5]
    Balland, J., Parmentier, M., Schmitt, J., “Control of a Combined SCR on Filter and Under-Floor SCR System for Low Emission Passenger Cars”, SAE International Journal of Engines Vol., 7, S. 1252-1261, 2014.CrossRefGoogle Scholar
  6. [6]
    Ciardelli, C., Nova, I., Tronconi, E., Chatterjee, D., Bandl-Konrad, B., Weibel, M., Krutzsch, B., “Reactivity of NO/NO2-NH3 SCR system for diesel exhaust aftertreatment: Identification of the reaction network as a function of temperature and NO2 feed content”, Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 70, S. 80-90, 2007.Google Scholar
  7. [7]
    Schuler, A., Votsmeier, M., Kiwic, P., Gieshoff, J., Hautpmann, W., Drochner, A., Vogel, H., “NH3-SCR on Fe zeolite catalysts – From model setup to NH3 dosing”, Chemical Engineering Journal, Vol. 154, S. 333-340, 2009.CrossRefGoogle Scholar
  8. [8]
    Herman, A., Wu, M., Cabush, D., Shost, M., “Model Based Control of SCR Dosing and OBD Strategies with Feedback from NH3 Sensors”, SAE International Journal of Fuels and Lubricants, Vol. 2, S. 375-385, 2009.CrossRefGoogle Scholar
  9. [9]
    Dietrich, M., Jahn, C., Lanzerath, P., Moos, R., “Microwave-Based Oxidation State and Soot Loading Determination on Gasoline Particulate Filters with Three-Way Catalyst Coating for Homogenously Operated Gasoline Engines”, Sensors, Vol. 15, S. 21971-21988, 2015.Google Scholar
  10. [10]
    Dietrich, M., Rauch, D., Porch, A., Moos, R., “A laboratory test setup for in situ measurements of the dielectric properties of catalyst powder samples under reactionconditions by microwave cavity perturbation: set up and initial tests”, Sensors, Vol. 14, S.16856-16868, 2014.Google Scholar
  11. [11]
    Dietrich, M., Rauch, D., Simon, U., Porch, A., Moos, R., “Ammonia storage studies on H-ZSM-5 zeolites by microwave cavity perturbation: correlation of dielectric properties with ammonia storage,” Journal of Sensors and Sensor Systems, Vol. 4, S. 263-269, 2015.CrossRefGoogle Scholar
  12. [12]
    Chen, P., Schönebaum, S., Simons, T., Rauch, D., Dietrich, M. , Moos, R., Simon, U., “Correlating the Integral Sensing Properties of Zeolites with Molecular Processes by Combining Broadband Impedance and DRIFT Spectroscopy - A New Approach for Bridging the Scales”, Sensors, Vol. 15, S. 28915-28941, 2015.Google Scholar
  13. [13]
    Moos, R., “Mikrowellengestützte Systeme zur Zustandserkennung von Abgaskatalysatoren und Abgasfiltern im Überblick“, in Tille, T., (Hrsg.), „Automobil-Sensorik - Ausgewählte Sensorprinzipien und deren automobile Anwendung“, Springer-Verlag, Heidelberg, S. 115-132, 2016.CrossRefGoogle Scholar
  14. [14]
    Simons, T., Simon, U., “Zeolites as nanoporous, gas-sensitive materials for in situ monitoring of DeNOx-SCR”, Beilstein Journal of Nanotechnology, Vol. 3, S. 667-673, 2012.CrossRefGoogle Scholar
  15. [15]
    Simon, U., Franke, M.E., “Electrical properties of nanoscaled host/guest compounds”, Microporous Mesoporous Materials, Vol. 41, S. 1-36, 2000.CrossRefGoogle Scholar
  16. [16]
    Franke, M.E., Simon, U., “Solvate-supported proton transport in zeolites”, ChemPhysChem, Vol. 5, S. 465-472, 2004.Google Scholar
  17. [17]
    Pihl, J., Daw, S., “NH3 storage isotherms: a path toward better models of NH3 storage on zeolite SCR catalysts”, 2014 DOE Crosscut Workshop on Lean Emissions Reduction Simulation, 29.4.-1.5.2014, Dearborn, MI, USA, 2014.Google Scholar
  18. [18]
    Rauch, D., Kubinski, D., Cavataio, G., Upadhyay, D., Moos, R., “Ammonia Loading Detection of Zeolite SCR Catalysts using a Radio Frequency based Method”, SAE International Journal of Engines, Vol. 8, S. 1126-1135, 2015.Google Scholar
  19. [19]
    Rauch, D., Kubinski, D., Simon, U., Moos, R., “Detection of the ammonia loading of a Cu Chabazite SCR catalyst by a radio frequency-based method”, Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 205, S. 88-93, 2014.CrossRefGoogle Scholar
  20. [20]
    Lockyer, T., Reid, B., Hargrave, G., Gaynor, P., Wilson, J., “Optical Investigation on the Ability of a Cordierite Substrate Mixing Device to Combat Deposits in SCR Dosing Systems”, SAE Technical Paper 2015-01-1039, 2015.Google Scholar
  21. [21]
    Dietrich, M., Steiner, C., Hagen, G., Moos, R., “Radio-Frequency-Based Urea Dosing Control for Diesel Engines with Ammonia SCR Catalysts”, SAE International Journal of Engines, Vol. 10, S. 1638-1645, 2017.Google Scholar
  22. [22]
    Dietrich, M., Hagen, G., Reitmeier, W., Burger, K., Hien, M., Grass, P., Kubinski, D., Visser, J., Moos, R., “Radio-Frequency-Based NH3-Selective Catalytic Reduction Catalyst Control: Studies on Temperature Dependency and Humidity Influences”, Sensors, Vol. 17, S. 1615, 2017.Google Scholar
  23. [23]
    Dietrich, M., Hagen, G., Reitmeier, W., Burger, K., Hien, M., Grass, P., Kubinski, D., Visser, J., Moos, R., “Radio-Frequency-Controlled Urea Dosing for NH3-SCR Catalysts: NH3 Storage Influence to Catalyst Performance under Transient Conditions”, Sensors, Vol. 17, S. 2746, 2017.Google Scholar
  24. [24]
    Seibel, M., Hofmann, F., Christner, B., Kaiser, A., Fekete, N., Weibel, M., “Development and Integration Process of Control-Oriented Catalyst Models”, 6th IAV MinNOx Conference, 22.06.2016, Berlin, Germany, 2016.Google Scholar
  25. [25]
    Moser M., Leimkühler, L., “Simulative Assessment of Tolerance Limits of new Sensor Concepts for Controls and OBD”, in “Proceedings of the 4. Int. Specialist Conference: Sensors for Exhaust Gas Aftertreatment and CO2 Reduction”, 27–29 June 2017, Augsburg, Germany, 2017.Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2018

Authors and Affiliations

  • Ralf Moos
    • 1
  • Markus Dietrich
    • 2
  1. 1.Bayreuth Engine Research Center (BERC), Lehrstuhl für FunktionsmaterialienUniversität BayreuthBayreuthDeutschland
  2. 2.Continental Automotive GmbHHanoverDeutschland

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