Dr. rer. nat. Steven Wagner

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Hochtemperatur Prozessdiagnostik

Die Forschungsgruppe Hochtemperatur Prozessdiagnostik (HTPD) arbeitet in enger Kooperation mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft an der Entwicklung und Anwendung innovativer laserbasierter Messmethoden zur in-situ Diagnostik sowohl in Abgassystemen moderner Verbrennungsmotoren (ICE – Internal Combustion Engines) als auch in allen anderen dynamischen Verbrennungssystemen.

Aktuell liegt der Fokus der Forschungsarbeiten auf der Messung absoluter Gasspezieskonzentrationen im Abgas von Otto- bzw. Dieselmotoren bei verschiedenen Abgasnachbehandlungsszenarien. Zukünftig soll der Anwendungsbereich der entwickelten Messmethoden auch auf die Messung von Fluidtemperaturen sowie Filmdicken erweitert werden. In sehr enger Kooperation mit anderen Forschungsgruppen nutzen wir aktuelle und zukünftige Ergebnisse der Grundlagenforschungen, um diese in neue und innovative Technologien für die industrielle Anwendung zu überführen.

Motivation

Zukünftige gesetzliche Vorgaben zur Abgaszusammensetzung moderner Motoren erfordern eine deutliche Reduzierung der emittierten Schadstoffe. Neue und innovative Motoren sowie verbesserte Abgasnachbehandlungsmethoden müssen hierzu optimiert bzw. entwickelt werden, um die Anforderungen zu erfüllen. Vielversprechende kombinative Techniken beinhalten als Basistechnologien die Selektive Katalytische Reduktion (SCR) mittels Injektion von Harnstoff sowie die Abgasrückführung (AGR).

Für eine optimierte Anwendung zur gezielten Reduzierung von Schadstoffen ist ein grundlegendes Verständnis der Injektions- und Verdampfungsprozesse, der Prozesschemie und der wandnahen reaktiven Strömungen während der Abgasnachbehandlung (SCR, AGR) notwendig. Hierzu sind fortgeschrittene und innovative Messmethoden zur Bestimmung der absoluten Spezieskonzentrationen, der Reaktionsraten, der Filmdickenparameter sowie der zeitlich und räumlich aufgelösten Fluidverteilung im Abgassystem notwendig.

Fokus der Forschung

Die Messung absorbierender Spezies wie Ammoniak (NH3) und Wasser (H2O) profitiert sehr stark von der Nutzung direkter, berührungsfreier, probennahmefreier und zeitlich hoch auflösender Messmethoden. Extraktive Techniken können nicht die zeitliche Auflösung und die Störungsfreiheit des zumessenden Objekts bieten, welche notwendig sind, um die Verbrennung und die Reaktionsdynamik während der Abgasnachbehandlung abzubilden. Unsere Forschung konzentriert sich daher auf die Entwicklung und Anwendung innovativer, laserbasierter absorptionsspektroskopischer in-situ Messtechniken.

Hierzu arbeiten wir daran, unter Nutzung schmallbandige Diodenlaser (DFB, VCSEL) die Laserabsorptionsspektroskopie auf den technologisch interessanten mittleren Infrarotbereich zu erweitern. Parallel hierzu untersuchen wir die Möglichkeit des Einsatzes breitbandiger Laserquellen (Supercontinuum Laser Source – SCLS) für eine laserbasierte Abgasdiagnostik. In enger Kooperation mit den Industriepartnern untersuchen wir weiterhin den praktikablen Einsatz neuer Lasertechnologien zur Messung von Gasspezies-Konzentrationen, Prozesstemperaturen sowie Filmdicken (bspw. Harnstoff-Belegung an den Wänden) während verschiedener Abgasnachbehandlungsszenarien.

Damit werden die aktuellen Fortschritte der Lasertechnologien dazu genutzt, um eine signifikante Verbesserung der berührungsfreien diagnostischen Methoden an modernen und zukünftigen Abgasnachbehandlungssystemen zum Einsatz zu bringen.

Die Aktivitäten der HTPD Gruppe bieten damit ein hohes Potential für die Entwicklung einer dringend benötigten Multispezies-Sensorik, wodurch zeitliche und räumliche Randbedingungen der nächsten Generation von Abgasnachbehandlungssystemen erfasst und analysiert werden.