Siemens VDO entwickelt Harnstoffsensor für saubere Nutzfahrzeuge

Damit Nutzfahrzeuge mit Dieselmotor noch weniger Schadstoffe ausstoßen, entwickelt die Siemens VDO Automotive AG einen Harnstoffsensor. Dieser Sensor wird benötigt, um Lkw-Abgase mit dem innovativen Verfahren „selektive katalytische Reduktion“ zu reinigen. Das Ergebnis: Stickoxide werden um 80 Prozent und Partikelemissionen um 40 Prozent verringert.
Mit der Euro-4-Regelung werden ab Oktober 2005 die Emissionsgrenzwerte für Nutzfahrzeuge weiter gesenkt. Für Stickoxide (NOx) bedeutet dies eine Verringerung um 30 Prozent, bei den Partikelemissionen sogar um 80 Prozent im Vergleich zu Euro 3. Um die künftigen EU-Normen einzuhalten, sind aus Sicht des Automobilzulieferers Siemens VDO separate Abgasnachbehandlungssysteme erforderlich.

Für die Abgasnachbehandlung stehen nach heutigem Stand im Wesentlichen zwei Systeme zur Verfügung: zum einen die Kombination aus Partikelfilter und Abgasrückführung und zum anderen Katalysatorsysteme nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (selective catalytic reduction), kurz SCR.

Die SCR-Technologie setzt auf ein Additiv, das in den Abgasstrom eingespritzt wird. Die 32,5-prozentige Harnstoff-Wasser-Lösung wird in einem separaten Tank mitgeführt. In den heißen Abgasen spaltet sich Ammoniak ab. Das Ammoniak (NH3) wandelt die bei der Verbrennung entstehenden Stickoxide (NOx) im nachgeschalteten SCR-Katalysator zu molekularem Stickstoff (N2), einem Hauptbestandteil der Luft, und Wasser (H2O) um. Die Nachbehandlung auf SCR-Basis ermöglicht eine Reduzierung der Stickoxide um bis zu 80 Prozent und mindert darüber hinaus die Partikelemission um rund 40 Prozent verglichen mit Euro-3-Applikationen. Damit erfüllen Nutzfahrzeuge mit SCR-Technologie auf Anhieb die strengeren NOx-Grenzwerte der Euro-4-Norm.

Wichtig für eine optimale Reaktion im Katalysator ist die exakte Dosierung und Einspritzung des Harnstoffes. Im amerikanischen Newport News arbeiten Entwickler von Siemens VDO an einem Sensor für SCR-Katalysatoren, der Temperatur, Konzentration, elektrische Leitfähigkeit und Füllstand der Harnstofflösung misst und die ermittelten Daten an das SCR-interne Kontrollsystem weitergibt. Die Temperaturmessung ist deshalb wichtig, weil die Lösung bei minus 12 Grad Celsius einfrieren würde. Sinkt die Temperatur zu stark ab, wird der Tank beheizt.

Eine entscheidende Rolle spielt der Harnstoffsensor für den SCR-Systemschutz. Meldet der Sensor eine stark abweichende, zum Beispiel eine deutlich zu geringe Harnstoffkonzentration, wird die Einspritzung verhindert. Die Konzentration wird bestimmt, indem man die elektrische Leitfähigkeit der Lösung misst. So ist es möglich, sowohl einen zu niedrigen Füllstand als auch indirekt einen möglichen Fremdstoff im Tank zu erkennen. Diese Information kann im Cockpit angezeigt werden. Geplant ist ferner die Einführung eines Kontrollmechanismus, der die Motorleistung automatisch um 30 bis 50 Prozent drosselt, wenn sich zu wenig Harnstofflösung im Tank befindet.

Der Automobilzulieferer untersucht derzeit zwei unterschiedliche Sensor-Varianten, die bereits an verschiedene Kunden zum Testen ausgeliefert wurden. Der DT-Sensor befindet sich in der Absaugleitung zwischen Harnstofftank und Pumpe und misst Konzentration, elektrische Leitfähigkeit und Temperatur der durchströmenden Harnstofflösung. Der DLT-Sensor ist ein Multifunktionssensor, der im Harnstofftank selbst befestigt wird und gleichzeitig den Füllstand der Flüssigkeit kontrolliert.

Der Harnstoffsensor von Siemens VDO kann auch bei Bau- und Landmaschinen eingesetzt werden, um Emissionen zu verringern. Hier werden ab 2010 strengere Abgasvorschriften verbindlich. Diese sehen vor, Stickoxide um 50 Prozent, Partikelemissionen um 87 Prozent zu senken.

Die Umwelt profitiert auch auf anderen Gebieten von innovativen Sensoren. So entwickelte Siemens VDO bereits einen Stickoxidsensor für moderne Benzindirekteinspritzer und einen Kraftstoffsensor, der kontaminiertes Benzin erkennen kann.