Das Verfahren der Selektiven Katalytischen Reduktion (SCR) ermöglicht bei einer optimalen Auslegung der Systemkomponenten und Kalibrierung der Dosierstrategie die verbrauchsgünstige Reduktion von Stickoxiden (NO(x)) mit sehr hohen Wirkungsgraden. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Wirksamkeit des SCR-Systems. Zunächst müssen die relevanten Systemkomponenten - Injektor zur Reduktionsmitteldosierung, Mischrohr und SCR-Katalysator - so ausgelegt werden, dass zum einen Wandauftrag von Reduktionsmittel und die Bildung von Ablagerungen wirkungsvoll verhindert werden sowie zum anderen eine möglichst homogene Verteilung des Reduktionsmittels auf der Oberfläche des SCR-Katalysators sichergestellt wird. Zur Beurteilung des Vermischungsverhaltens werden im Allgemeinen zuerst CFD-Simulationen durchgeführt, die dann am Realsystem entweder auf einem Heißgasoder idealer Weise einem Motorenprüfstand abgesichert werden. Für die experimentellen Untersuchungen bietet FEV mehrere Optionen an. Typischerweise wird die NH3-Konzentration an mehreren Positionen auf der Rückseite des SCR-Katalysators gemessen, um ein NH3-Konzentrationsprofil zu erhalten, welches eine Aussage über die Mischungsqualität liefert. Dies wird entweder mittels separater Messleitungen, die an den jeweiligen Messpositionen fixiert sind, vollzogen, oder mittels einer Verschiebeeinrichtung, die die Messleitung stufenlos über den gesamten Querschnitt führt. Alternativ stehen geprüfte optische Messverfahren zur Verfügung, mit denen der Einspritzstrahl visualisiert werden kann, falls ein flüssiges Reduktionsmittel verwendet wird. Zur Auslegung von SCR-Systemen und Kalibrierung der SCR-Dosierstrategie setzt FEV einen höchst effizienten Prozess ein, der zum einen validierte Simulationsrechnungen beinhaltet und zum anderen auf der Vermessung von Probekörpern des SCR-Katalysators auf dem Laborgasprüfstand basiert. Auswirkungen verschiedener Systemanordnungen, Katalysatormaterialien und Betriebsstrategien können in der Konzeptphase eines Projektes in Form von DoE-basierten Simulationsrechnungen bewertet werden (DoE = Design of Experiments). Dadurch werden wertvolle Entscheidungshilfen für die frühe Konzeptfixierung geliefert. Die Simulation wird mittels eines eindimensionalen, bei FEV entwickelten Modells auf Basis von Simulink oder GTPower durchgeführt, welches exakt auf das jeweilige Abgassystem angepasst werden kann. Das Modell berechnet die Temperaturverteilung über die gesamte Abgasanlage und ermittelt die erreichten Katalysatorwirkungsgrade bei verschiedenen Randbedingungen. Die Untersuchungen am Laborgasprüfstand liefern umfassende charakteristische Katalysatordaten, wie z.B. NO(x)-Konvertierung und NH3-Speicherfähigkeit, die zur Bedatung des Simulationsmodells und als Grundlage zur Kalibrierung der Dosierstrategie am Motorprüfstand benötigt werden. Diese Vorgehensweise erzeugt bereits in einer frühen Projektphase einen Kalibrierstand mit hohem Reifegrad und reduziert somit Kosten und Zeit für die Untersuchungen am Motorenprüfstand. Stationäre Prüfstandsuntersuchungen am realen Abgassystem werden zur ersten Validierung der vorkalibrierten Dosierstrategie durchgeführt. Weitere Kalibrierungsarbeiten sind auf dem dynamisch betriebenen Motorenprüfstand erforderlich, insbesondere im Hinblick auf dynamische Korrekturen, OBD-, Diagnose- und Adaptionsfunktionen. Die endgültige Absicherung findet anschließend im Fahrzeug statt, wobei auch das Langzeitverhalten sowie das Verhalten bei verschiedenen Umgebungsbedingungen abgeprüft werden.
Effizienter Prozess für die Auslegung und Kalibrierung von SCR Systemen
Efficient process for the layout and calibration of SCR systems
2009
24 Seiten, 17 Bilder, 7 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch