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Platin-Temperatursensoren in der Abgasnachbehandlung

15.06.2007
  • Platin-Dünnschichtsensoren in Rußpartikelfiltern tragen zum Umweltschutz bei
  • Emissions-Grenzwerte für Rußpartikel werden bis 2009 drastisch gesenkt

Die Automobilindustrie sieht sich mit immer strengeren gesetzlichen Auflagen konfrontiert, die Umweltbelastung durch schädliche Abgase und Rußpartikel zu reduzieren (s. Info-Kasten). Neben der Senkung des Kraftstoffverbrauchs durch Optimierung der Verbrennung in den Motoren und andere Maßnahmen spielen derzeit Systeme zur Abgasnachbehandlung die wichtigste Rolle. Hierzu gehören innovative Entwicklungen wie der Rußpartikelfilter und ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduzierung von Stickoxiden in Abgasen (SCRKatalysator).



Bild 1: Emissions- Grenzwerte für Diesel- PKWs (Quelle: Ministerium für Umweltschutz, Baden-Württemberg)

Info-Kasten:
Emissions-Grenzwerte für Rußpartikel
Die Emissions-Grenzwerte für Rußpartikel bei Dieselmotoren wurden von 1990 bis 1995 auf 0,14 g/km Fahrleistung gesenkt. 2005 lag der Grenzwert bei Neufahrzeugen schon bei 0,025 g/km und 2009 soll der Ausstoß 0,005 g/km nicht mehr überschreiten. Die Grenzwerte für Kohlenwasserstoffe und Stickoxide wurden im gleichen Zeitraum um 95 % gesenkt und für Kohlenmonoxid gar um 98 %. Derartige Ziele sind nur noch mit hoch qualifizierter Sensorik und entsprechender Prozessführung erreichbar.



Bild 2: Platin-Temperatursensoren sind so winzig, dass sie zu Dutzenden Platz auf einer Erdbeere fänden (Foto: Heraeus)

Bei beiden Systemen wird die Führungsgröße Temperatur mit Platin-Temperatursensoren von Heraeus gemessen. Die Dünnschichtsensoren tragen so maßgeblich zum Umweltschutz bei.

Platin-Temperatursensoren in Rußpartikelfiltern Die Beladung von Rußpartikelfiltern wird durch Differenzdrucksensoren überwacht. Je stärker die Beladung, umso höher der Druckabfall am Filter. Beim Überschreiten der Grenzwerte wird zur Regeneration die Verbrennung der angesammelten Rußpartikel eingeleitet. Für diese Verbrennung ist die Kontrolle des erforderlichen Temperaturniveaus am Eingang des Filters entscheidend. In Millionen von Fahrzeugen kommt an dieser kritischen Messstelle ein Platin-Dünnschichtsensor zum Einsatz. Das Messsignal wird in der Steuerelektronik des Motors verarbeitet, die dafür sorgt, dass über die Einspritzpumpe kurzzeitig ein geeigneter Treibstoffüberschuss für die Verbrennung zur Verfügung steht.

Heraeus Sensor Technology stellt seit über 30 Jahren in Deutschland Platin-Temperatursensoren in Dünnschichttechnik her und gilt als weltweit anerkannter Technologieführer auf diesem Gebiet. Neben den Eigenschaften der unterschiedlichen Materialschichten beherrscht das Unternehmen vor allem die kostenoptimierte Massenfertigung von Platinsensoren. Dazu gehören auch Hochtemperatur- Sensoren, die z.B. in Abgasbehandlungssystemen zum Einsatz kommen. Ihr spezieller Aufbau erlaubt derzeit die Messung von Temperaturen bis rund 1.000 °C direkt im Abgasstrang. Langzeitstabilität, hohe Genauigkeit und gute Linearität bei der Temperaturmessung sind hier wichtige Kriterien für die Fahrzeugbauer.

Info-Kasten: Emissions-Grenzwerte für Rußpartikel Die Emissions-Grenzwerte für Rußpartikel bei Dieselmotoren wurden von 1990 bis 1995 auf 0,14 g/km Fahrleistung gesenkt. 2005 lag der Grenzwert bei Neufahrzeugen schon bei 0,025 g/km und 2009 soll der Ausstoß 0,005 g/km nicht mehr überschreiten. Die Grenzwerte für Kohlenwasserstoffe und Stickoxide wurden im gleichen Zeitraum um 95 % gesenkt und für Kohlenmonoxid gar um 98 %. Derartige Ziele sind nur noch mit hoch qualifizierter Sensorik und entsprechender Prozessführung erreichbar.

Platin-Temperatursensoren international genormt

Platin-Temperatursensoren in Dünnschichttechnik zeigen im Vergleich zu Thermistoren (NTCs) und Thermoelementen zahlreiche Vorteile. Unter anderem ist die Kennlinie international genormt und liefert von Nachttemperaturen des sibirischen Winters bis über 1.000 °C im Abgasstrang von Verbrennungsmotoren genaue, leicht zu verarbeitende Messsignale. Mit der Forderung nach einer On Bord Diagnostic (OBD) wird diesem Merkmal noch höhere Bedeutung zufallen.

Ab ca. 2009 soll nämlich eine Prüfung aller Sensorsysteme beim Start der Fahrzeuge sicher stellen, dass alle relevanten Funktionen, wie z.B. zur Abgasnachbehandlung, sicher ausgeführt werden. Weitere Vorteile sind die natürliche Austauschbarkeit und die gleich bleibende, relativ einfache Signalaufbereitung für ganz unterschiedliche Messstellen, unerheblich dabei ob am Turbolader, im Ölzustandssensor oder in Rußpartikelfiltern.

Temperaturgesteuerte Prozessführung bei SCR

Das aus der Kraftwerkstechnik stammende Konzept der selektiven katalytischen Reduktion für Stickoxide (SCRVerfahren) erlaubt einen anderen Arbeitspunkt des Dieselmotors zu wählen, so dass innermotorisch die Rußbildung drastisch reduziert wird. Bei diesem Verfahren wird kein Kraftstoff benötigt, sondern Harnstoff. Das SCRVerfahren wird bereits von namhaften Automobilherstellern eingesetzt. In dem Katalysator werden Stickoxid- Bestandteile im Abgas durch Beimischung von Harnstoff zu Stickstoff und Wasser umgesetzt.

In einem Dieselmotor entstehen bei Normalbetrieb Rußpartikel und NOx gleichzeitig. Mit der Einführung der EURO-6-Norm müssen vermutlich beide Abgaskomponenten nachträglich minimiert werden. Zur Lösung sind dann ein Partikelfilter und ein SCR-Katalysator hintereinander zu schalten. Bei beiden Systemen wird die Führungsgröße Temperatur mit Platin-Temperatursensoren gemessen. Somit trägt Heraeus einen entscheidenden Anteil zur Verbesserung unserer Umwelt bei.

Kontakt:
Dieter Teusch
Key Account Manager
Heraeus Sensor Technology GmbH
Tel.: 06181 / 35 - 8139
E-Mail: dieter.teusch@heraeus.com

Dr. Jörg Wetterau | Heraeus Noblelight GmbH
Weitere Informationen:
http://www.heraeus-sensor-technology.de
http://www.heraeus-noblelight.com

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