Sensor zur direkten Ermittlung des Umsatzes eines Autoabgaskatalysators

• Antragsteller: Dr.-Ing. Gunter Hagen
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282202357

Im Zuge immer strengerer Emissionsgrenzwerte für Automobile müssen nicht nur die Abgasnachbehandlungssysteme verbessert werden, sondern es wird auch gefordert, mittels einer On-Board-Diagnose (OBD) alle emissionsrelevanten Elemente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zu überwachen. Für Abgaskatalysatoren bedeutet das letztendlich, dass deren Umsatz in operando überwacht werden muss. Soweit überhaupt verfügbar, werden zur OBD derzeit mehr oder minder selektive Abgassensoren verwendet, die die Konzentration einer Gaskomponente im Abgas nach Katalysator bestimmen. Damit kann man den Umsatz einer Schadstoffkomponente über dem Katalysator aber nur bestimmen, wenn die Emissionen vor Katalysator bekannt sind. Das geplante Vorhaben beschäftigt sich mit einem Sensor, der den Umsatz eines Katalysators direkt ermitteln kann, unabhängig von der Konzentration der Schadstoffkomponenten vor Katalysator. Die Grundidee sieht vor, dass zwei über einen gemeinsamen Ionenleiter verbundene Mischpotential-Elektroden mit dem Gas vor und nach dem zu untersuchenden Katalysator in Kontakt stehen. Der Sensor liefert eine Potenzialdifferenz, die aus dem Unterschied der Mischpotenziale resultiert. Nimmt man an, dass für jede Elektrode eine logarithmische Abhängigkeit zwischen einer definierten Gaskonzentration und dem sich einstellenden Mischpotenzial existiert, dann kann man in einer vereinfachten Herleitung zeigen, dass ein solcher Aufbau prinzipiell direkt den Umsatz messen soll, und zwar unabhängig davon, welche Konzentrationen der betrachteten Komponente im Feedgas vor Katalysator vorhandenen sind. Ein Teil der Projektidee konnte in einfachen Vorversuchen bereits nachgewiesen werden. Allerdings sind noch sehr viele Fragen offen, insbesondere sind wesentliche Abhängigkeiten der Sensorsignale noch unbekannt und für den Fall, dass die Mischpotenzialsensoren von einer logarithmischen Kennlinie abweichen, fehlt auch noch eine theoretische Beschreibung. Neben den Grundlagenuntersuchungen zum Sensormechanismus soll sich das Projekt in einem etwas anwendungsnäheren Teil beispielhaft der Überwachung eines Oxidationskatalysators widmen. Auch die Frage, ob mit einem einzelnen Sensor die Umsätze verschiedener Komponenten detektiert werden können, soll betrachtet werden. Ein solcher Sensor könnte die On-Board-Diagnose von Auto-Abgaskatalysatoren völlig verändern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen