INTSCR – Intelligenter SCR

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501738

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Um den Betrieb von mittelschnell und langsam laufenden Dieselmotoren, einhergehend mit den bestehenden und zukünftigen Emissionsvorschriften, effizient sowie emissionsarm zu gestalten, wird eine Technologie entwickelt, welche die Steuerungen von Motor und Abgasnachbehandlung nutzbringend in Verbindung stellt. Dies wird durch eine Gesamtoptimierung des Systems Motor-SCR mit Hilfe von virtuellen Sensoren und SCR-Speicher/Umsatz Modellen erreicht.

Schlussbericht (Deutsch)

Moderne Verbrennungsmotoren mit elektronischer Steuerung ermöglichen einen direkten Zugriff auf den Motorbetrieb. Dies eröffnet die Möglichkeit zu 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-Katalysators auch umgewandelt werden können. Dieses Konzept hat den Vorteil, dass die Abgasreinigungsanlage stets optimal ausgelastet ist. Dies erlaubt wiederum einen effizienteren Motorbetrieb in allen Betriebspunkten. Diesbezüglich wurde der Grossmotorenprüfstand am PSI mit umfangreicher Messtechnik im Abgastrakt und Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet und zusätzliche Steuerungssysteme implementiert. Der SCR Status wird mit Hilfe eines NOx-Umsatz und Ammoniakspeichermodels, welches mit Labormessungen kalibriert wurde, abgerufen. Für die Realisierung solch einer Steuerung müssen die aktuell mögliche Umwandlungsraten sowie das Ursachen-Wirkung-Prinzip zwischen Änderungen der Einspritzparameter (Ein-spritzdruck, Einspritzbeginn) oder Luftpfadparameter (Wastegate) und den Änderungen in den NOx-Emissionen bekannt sein. Ein «physically-assisted virtual sensor» fungiert dabei als Schnittstelle zwischen Katalysator und Motor.
Das Projekt konnte den Proof-of-concept dieser Technologie erbringen. Brennstoffersparnisse im Be-reich von ca. 1% bei zeitgleicher Reduktion von Reingas NOx sowie Minimierung des Ammoniakschlupfes. Die Technologie zeigt Potential im Bereich der mittelschnellen und langsam laufenden Motoren mit Abgasnachbehandlungssystemen, welche im Bereich der marinen Antriebsysteme oder als stationäre Energieerzeuger eingesetzt werden. Letztere z.B. für die schnelle Bereitstellung von Energie für die Netzstabilität.

Zugehörige Dokumente

• Schlussbericht_Englisch [PDF] 4'016 kB

Schlussbericht (Englisch)

Modern combustion engines with electronic control allow direct access to the engine operation. This enables the possibility of a new type of SCR-based engine control, whereby NOx emissions are emitted by the engine in a concentration, which can also be converted based on the actual availability of ammo-nia in the SCR catalytic converter. This concept has the advantage that the exhaust gas aftertreatment system is always optimally utilized. This allows more efficient engine operation throughout all conditions. Therefore, the large engine test bench at PSI was equipped with extensive measurement technology in the exhaust tract and exhaust aftertreatment system as well as advanced control systems were imple-mented. The SCR status is retrieved with the help of a NOx conversion and ammonia storage model, which was calibrated with laboratory measurements. For the realization of such a control system the actual possible conversion rate as well as the cause-effect principle between changes in injection pa-rameters (injection pressure, injection start) or air path parameters (wastegate) and the changes in NOx emissions must be known. A "physically-assisted” virtual sensor acts as an interface between the cata-lyst and the engine.
The project was able to provide proof-of-concept of this technology. Fuel savings in the range of approx. 1% with simultaneous reduction of tail pipe NOx and minimization of ammonia slip. The technology shows potential in the field of medium and low-speed engines with exhaust aftertreatment systems, which are used in marine propulsion systems or as stationary power generator application. The latter e.g. for the quick supply of energy for grid stability.

Zugehörige Dokumente

• Final Report [PDF] 4'016 kB

Schlussbericht (Französisch)

Les moteurs modernes à commande électronique permettent un accès direct au fonctionnement du moteur. Cela ouvre la possibilité d'un nouveau type de contrôle du moteur basé sur la SCR, dans lequel les émissions de NOx sont émises par le moteur dans une concentration qui peut également être con-vertie en fonction de la disponibilité réelle de l'ammoniac dans le convertisseur catalytique SCR. Ce concept présente l'avantage que le système de purification des gaz d'échappement est toujours utilisé de manière optimale. Cela permet un fonctionnement plus efficace du moteur à tous les égards. À cet égard, le grand banc d'essai de moteurs du PSI a été équipé d'une technologie de mesure étendue dans le système d'échappement et de post-traitement des gaz d'échappement et d'autres systèmes de contrôle ont été mis en place. Le statut SCR est obtenu à l'aide d'un modèle de conversion des NOx et de stockage de l'ammoniac, qui a été calibré avec des gènes de mesure de laboratoire. Pour la réalisa-tion d'un tel système de contrôle, il faut connaître le taux de conversion réel possible ainsi que le principe de cause à effet entre les modifications des paramètres d'injection (pression d'injection, début d'injec-tion) ou des paramètres de la voie aérienne (wastegate) et les modifications des émissions de NOx. Un "capteur virtuel assisté physiquement" sert d'interface entre le catalyseur et le moteur.
Le projet a pu fournir une preuve de concept de cette technologie. Économies de carburant de l'ordre d'environ 1% avec réduction simultanée des NOx des gaz propres et minimisation du glissement de l'ammoniac. Cette technologie présente un potentiel dans le domaine des moteurs à vitesse moyenne et lente avec systèmes de post-traitement des gaz d'échappement, qui sont utilisés dans les systèmes de propulsion marine ou comme générateurs d'énergie stationnaires. Ce dernier, par exemple, pour la fourniture rapide d'énergie pour la stabilité du réseau.

Zugehörige Dokumente

• Rapport Final_Anglais [PDF] 4'016 kB