M.Sc. Felix Stritzke
Arbeitsgebiet(e)
High Temperature Process Diagnostics, Reaktive-Strömungen und Messtechnik
Kontakt
Certified LabVIEW Associate Developer (CLAD)
Motivation
Weltweit werden die Grenzwerte für die Schadstoffemission von Kraftfahrzeugen immer weiter verschärft. Die Einführung der Euro-6 Norm ab 01.09.2014 schreibt z.B. für einen PkW mit Dieselmotor eine gegenüber Euro-5 um mehr als 55% verringerte maximale NOx-Emission von 80 mg/km vor, für PkW mit Ottomotor gilt ein Grenzwert von 60 mg/km 1. In Kalifornien, wo weltweit die schärfste Abgasgesetzgebung herrscht, gilt bereits seit 2007 ein Grenzwert von 0,05 g/mi = 31 mg/km 2. Um solche Grenzwerte einhalten zu können müssen die Schadstoff-Rohemissionen des Motors verringert oder durch Abgasnachbehandlung reduziert werden.
Eine effiziente Möglichkeit der Stickoxidminderung ist die Reduzierung mit Hilfe des Reaktionspartners Ammoniak (NH3) in einem Selective Catalytic Reduction (SCR) Katalysator. Dem heißen Abgas wird dabei Ammoniak (z.B. in Form einer wässrigen Harnstofflösung (NH2)2CO) zudosiert, welches in einem speziellen Katalysator NO und NO2 zu Stickstoff und Wasser reduziert. Die korrekte Dosierung ist dabei essentiell, um einen hohen Wirkungsgrad der NOx-Umsetzung zu erreichen und gleichzeitig Ammoniak-Schlupf durch Überdosierung zu vermeiden. In Kooperation mit einem Industriepartner wird ein auf TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) basierendes Messsystem entwickelt, welches direkt im Abgas bei hohen Temperaturen bis zu 900 K die Ammoniakkonzentration räumlich und zeitlich aufgelöst bis auf 100 ppm genau erfassen kann.
Methode
Die TDLAS ist eine kalibrationsfreie, nichtinvasive, optische Messtechnik, bei der ein schmalbandiger (DFB-) Diodenlaser über eine markante Absorptionslinie der zu messenden Spezies durchgestimmt wird. Der Laserstrahl wird durch das Messvolumen geleitet und detektiert. Mit Hilfe des erweiterten Lambert-Beer-Gesetzes kann auf die Molekülkonzentration der absorbierenden Spezies geschlossen werden. Diese Methode liefert jedoch nur einen integralen Wert über die gesamte Lauflänge des Laserstrahls. Durch die Verwendung mehrerer Strahlen und geeigneter tomografischer Algorithmen wird eine räumlich aufgelöste Messung möglich.
1 Verordnung EG Nr. 715/2007
2 The California Low-Emission Vehicle Regulations