Innovatives Sensorprinzip zur NOx-Messung

Netzwerk will Stickoxidausstoß von Dieselmotoren präzise ermitteln

Dank neuer Sensoren bald Realität: Präzise Echtzeiterfassung von NOx-Emissionen u. a. bei schweren Baumaschinen

Dank neuer Sensoren bald Realität: Präzise Echtzeiterfassung von NOx-Emissionen u. a. bei schweren Baumaschinen

Zwickau. Ein neues Firmennetzwerk, ein neues Forschungsinstitut und eine neue Sensortechnologie wollen die Effizienz moderner Abgasnachbehandlungssysteme bei schweren Bau- und Agrarfahrzeugen mit Dieselmotoren bis 560 kW erheblich verbessern. Entwickelt wird u.a. ein innovativer, neuartiger Sensor (NOx) für mobile Arbeitsmaschinen, durch dessen innovatives Wirkprinzip die Effizienz moderner Abgasnachbehandlungssysteme erheblich verbessert werden kann.

Mobile Arbeitsmaschinen mit großen Dieselmotoren müssen seit Einführung der aktuellen Emissionsstufe 4 deutlich verschärfte Grenzwerte für Stickoxide (NOx) von 0,4g/kWh einhalten. Die Werte werden in vorgegebenen Fahrzyklen am Motoren-
prüfstand ermittelt. Im realen Einsatzfall der Maschine messen NOx-Sensoren den Stickoxidausstoß. Die etablierte Technik zum Nachweis gerade auch geringer Schadstoffemissionen ist umstritten. Ein nicht zu vernachlässigender Punkt ist dabei die Querempfindlichkeit der Sensoren gegenüber solchen Abgasbestandteilen wie Ammoniak. Querempfindlichkeiten können die Messungen des Stickoxidausstoßes verfälschen. Ammoniak wird bei modernen Abgasnachbehandlungssystemen mit SCR-Technologie (Selective Catalytic Reduction) zur Reduktion der Stickoxide am Katalysator benötigt und in Form einer wässrigen Harnstofflösung (AdBlue®) dem Abgas zugefügt.

Um diese Faktoren zu minimieren, hat ein Team am Institut für Luft- und Raumfahrt-
technik der TU Dresden in Zusammenarbeit mit dem in Münster ansässigen Industriepartner CPK Automotive ein neuartiges Messprinzip entwickelt. Dessen prototypische Umsetzung erfordert zunächst noch weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, die jetzt das NOx-Netz (www.nox-arbeitsmobil.de) übernommen hat. Netzwerkmanager Dr. Michael Schmidt, zugleich Chef des seit Gründung 2012 auf Antriebstechnik spezialisierten, gemeinnützigen Forschungsinstituts ILEAG (Institut für leichte elektrische Antriebe und Generatoren e. V.), erläutert eine wesentliche Herausforderung an die Entwickler:

Dank neuer Sensoren bald Realität: Präzise Echtzeiterfassung von NOx-Emissionen u. a. bei schweren Baumaschinen

Dank neuer Sensoren bald Realität: Präzise Echtzeiterfassung von NOx-Emissionen u. a. bei schweren Baumaschinen

„Um die Stickoxide mit dem innovativen Sensorprinzip exakt erfassen zu können, muss das Sensorelement in seinen sensitiven Temperaturbereich gebracht und dort gehalten werden.“ Das stelle besonders hohe Anforderungen an die zur Anwendung kommenden Materialien, die ihre chemische Stabilität sowohl bei extrem niedrigen als auch bei hohen Temperaturen gewährleisten müssen. Dem könne durch entsprechend designte Keramiken oder keramische Hybridwerkstoffe entsprochen werden, so Schmidt. Das im Netzwerk mitarbeitende KI Keramik-Institut Meißen stellt dieses Know-how für die Entwicklung und Herstellung der benötigten keramischen Werkstoffe bereit.

Eine weitere Herausforderung für das NOx-Netzwerk: Für die neue Sensorik müssen Gehäuse, Datenleitungen und Steuerungseinheit zur Abgasnachbehandlung beispielsweise von Staplern, Baggern, Radladern, Müllfahrzeugen, Harvestern und Traktoren mit höchsten Ansprüchen an Robustheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer entwickelt und erprobt werden.
Im überregionalen Netzwerk, das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird, arbeiten bislang sechs Firmen und Wissenschaftspartner; für weitere Kooperationspartner aus den verschiedenen Bereichen der Antriebswelt steht die Tür offen.

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