Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung und Modellierung der Ablagerungsbildung während der Abgasnachbehandlung durch die Einspritzung von AdBlue vor den SCR-Katalysator

Durch die immer strengeren Emissionsbegrenzungen erhöht sich der Druck auf europäische Unternehmen, die Emissionen an Stickoxiden (NOx) von mit Dieselmotor betriebenen Fahrzeugen zu senken. Gleichzeitig steigen die NOx-Emissionen in Verbrennungsmotoren durch stetige Optimierung der Effizienz hinsichtlich einer Reduktion der CO2-Emissionen. Für die Verminderung der Emissionen ist daher eine effektive Abgasnachbehandlung mithilfe von AdBlue als Reduktionsmittel für NOx essentiell.

In einem Vorläuferprojekt wurden bereits die grundlegenden Phänomene der Film- und Ablagerungsbildung untersucht, welche als Folge der AdBlue-Dosierung auftreten. Ein Modellierungsansatz zur Erfassung der relevanten physikalischen und chemischen Vorgänge wurde entwickelt. Im Gegensatz zu Modellannahmen treten in typischen SCR-Systemen komplexere Randbedingungen auf. Vorhandene Oberflächen können rau, porös (Washcoat) oder beladen (Ruß) sein. Außerdem wird die Dynamik des Flüssigkeitsfilms durch konstruktionsbedingte Hindernisse oder Einkerbungen beeinflusst.

Ziel dieses Projektes ist das Verständnis der physikalischen und chemischen Wechselwirkungen zwischen komplexer Oberflächenbeschaffenheit und den resultierenden Feststoffablagerungen. Weiterhin soll die Filmdynamik, insbesondere das Aufstauen von Flüssigkeitsfilm sowie resultierende Sekundärtropfen untersucht werden. Auf Basis der experimentellen Daten wird das bestehende numerische Modell erweitert, sodass es für komplexere Systeme hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit und Filmdynamik anwendbar ist.

Dieses wird die Kosten für aufwendige experimentelle Untersuchungen bezüglich der Entwicklung und Produktion von Abgasnachbehandlungssystemen senken und dient zur Optimierung des Harnstoff-SCR-Verfahrens hinsichtlich Betriebsbedingungen und Design. Die Anwendung des Modells von KMUs auf den jeweiligen Herstellungs- oder Entwicklungsprozess von Abgasnachbehandlungssystemen steigert die Effizienz und Wettbewerbsfähigkeit der KMUs.

Ergebniszusammenfassung:

Das Projektziel war daher das grundlegende Verständnis und die Modellierung des Ablagerungsprozesses von Feststoffen im AGN-Bereich hinter der AdBlue-Einspritzstelle. Die Untersuchungen des Vorgängerprojekts "AdBlue Deposits I" wurden fortgesetzt, wobei die Komplexität erhöht und bestehende Modelle erweitert und verbessert wurden. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der Untersuchung rauer oder poröser Oberflächen, der Bildung dicker Filme, die eine strähnige, ungleichmäßige Ausbreitung aufweisen, sowie von Stufen und Schweißnähten, wie sie bei AGN häufig vorkommen.

Alle entwickelten und erweiterten Modelle wurden in einen umfassenden Modellierungsansatz für die Vorhersage der Ablagerungsbildung in AGN-Systemen integriert. In Kombination mit dem "Injection Source Approach" aus dem Vorgängerprojekt, der die Rechenzeiten erheblich reduziert, indem die Simulation der Injektion durch Quellterme ersetzt wird, kann das vorgestellte Modell nun die chemischen und physikalischen Phänomene in realistischeren Szenarien innerhalb einer angemessenen Zeitskala beschreiben. Dies ist insbesondere für KMU von Vorteil, die den entwickelten numerischen Ansatz auf ein breites Spektrum von Abgaskonzepten und unterschiedlichen Anwendungen anwenden müssen.