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Beim Betrieb von Dieselmotoren werden bei der Abgasnachbehandlung SCR-Katalysatoren verwendet. Im SCR-Katalysator wird eine Harnstofflösung in das heisse Abgas dosiert. Diese Harnstofflösung zersetzt sich zu Ammoniak und bindet sich anschliessend an der Oberfläche des Katalysators. Dort reagiert das Ammoniak dann mit den im Abgas enthaltenen NOx. Die Speicherkapazität ist begrenzt und stark temperaturabhängig. Bei Überschuss wird das ungenutzte Ammoniak in die Atmosphäre freigesetzt (Ammoniakschlupf). Um diesen Ammoniak-schlupf zu vermeiden ist die Harnstoffdosierung oft in einen Regelkreis integriert. In typischen Anwendungen von Grossmotoren (Marine, stationäre Energieerzeugung) können aufgrund der Verschmutzung der Sensoren im Abgasnachbehandlungssystem durch das Abgas keine kontinuierlichen Messungen der NOx-Konzentration gemacht werden. Deshalb wird auf eine Vorsteuerung mit tabellierten Emissionswerten für die Harnstoffdosierung zurückgegriffen, welche wenig zuverlässig ist. Moderne Motoren mit elektronischer Steuerung bieten prinzipiell die Möglichkeit, die NOx-Emission von einem Zyklus zum anderen zu ändern (z.B. durch eine Änderung des Einspritzzeitpunkts). Dies bietet die Möglichkeit einer neuartigen aktiven SCR-basierten Motorsteuerung, wobei die NOx-Emissionen vom Motor in einer Konzentration emittiert werden, welche basierend auf der tatsächlichen Verfügbarkeit des Ammoniaks im SCR-Katalysator auch umgewandelt werden können. Dieses Konzept hat den Vorteil, dass die Abgasreinigungsanlage stets optimal ausgelastet ist. Dies erlaubt wiederum einen effizienteren Motorbetrieb in allen Punkten, wo die Abgasreinigung bei konventionellem Betrieb überdimensioniert ist.
In einer ersten Phase, welche durch das Bundesamt für Energie BFE unterstützt wurde, wurde ein PVS-Prototyp (Physically-assisted Virtual Sensor) erstellt und in einem transienten Motorbetrieb getestet. Die ersten Resultate aus der ersten Phase sind vielversprechend.
Das Ziel dieses Projektes ist nun die Anwendung und Weiterentwicklung einer aktiven Motorsteuerung, welche vom Status des SCR-Katalysators abhängig ist. Der Status des Katalysators bezieht sich auf die NOx-Konversionsrate (Umsatzrate), welche auf Grund der Temperatur und des gespeicherten Ammoniaks zu Verfügung steht. Zudem kann mit dieser Technologie aufgezeigt werden, dass eine quantitative Aussage des Einsparpotentials bezüglich Brennstoffverbrauch, respektive CO2-Emissionen, Ammoniakemissionen, NOx-Emissionen sowie Katalysatorvolumen gemacht werden kann.
Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 30.09.2019 an der Sitzung der Koko UT vom 21.11.2019 genehmigt.