Drucksensoren im Abgasstrang

In diesem Blog möchte ich auf die besonderen Anforderungen der Druckmessung im Abgassystem und die entsprechenden Drucksensoren eingehen.

Heutiges Thema: Drucksensoren vor und nach dem Partikelfilter

Wie in meinen letzten Beiträgen zu lesen ist, wird die Abgasnachbehandlung für Verbrennungsmotoren maßgeblich von thermodynamischen Prozessen bestimmt.

Temperatur- und Druckverhältnisse spielen dabei eine große Rolle, speziell bei der Überwachung verschiedener Drücke im Abgasrohr mit speziellen Drucksensoren, die unter anderem Auskunft über den Beladungszustand des Partikelfilters mit Feinstaub* geben.

Ab Euro 6 sind Partikelfilter per Gesetzgebung vorgeschrieben

Nach Einführung der neuesten Abgasnorm Euro 6 sind alle Hersteller von Dieselmotoren dazu verpflichtet, Partikelfilter in ihre Abgassysteme einzubauen. Mit solchen modernen Dieselpartikelfiltern (DPF) können diese Feinstaubpartikel bis zu 99% aus dem Dieselabgas ausgeschieden werden. (Quelle: AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland: „Abgasrelevante Bauteile“, Seite 14) Das Filterprinzip basiert dabei auf Auffangen und Zurückhalten, das heißt auf das Sammeln der Partikel. Dieser Filter erreicht irgendwann seine maximale Ladung und setzt sich zu. Eine Regeneration bzw. Reinigung erfolgt durch das Oxidieren (Abbrennen) der gesammelten Rußpartikel.

Für diese Regeneration gibt es verschiedene Verfahren. Diese reichen vom Auswechseln beladener Filtereinsätze bei stationären Motoren bis zur passiven, mehr oder weniger kontinuierlichen Rußverbrennung. In allen Anwendungen ist der Einsatz von Drucksensoren unerlässlich für eine einwandfreie Steuerung des Prozesses.

Aktive Systeme sind in mobilen Anwendungen die Regel

Am geläufigsten für mobile Anwendungen sind jedoch aktive Systeme. Hier wird auf unterschiedlichste Weise der Regenerationsprozess aktiv eingeleitet. Entweder wird durch innermotorische Maßnahmen die Abgastemperatur auf über 600 °C erhöht oder durch gezielte Beimengung sogenannter Additive zum Kraftstoff die Zündtemperatur des Rußbelags auf unter 450 °C gesenkt (siehe auch meinen Beitrag zur Temperaturüberwachung).

 

Druck im Ansaugrohr im Verhältnis zur Umgebung entscheidend für den Regenerationsimpuls der Drucksensoren

In beiden Fällen wird die Regeneration aktiv eingeleitet. Der entscheidende Impuls dafür kommt von einem Drucksensor, der registriert, wie stark die Filterbeladung tatsächlich ist. Als Indikator für die Beladung eignet sich der Staudruck, der sich vor dem Partikelfilter im Abgasrohr aufbaut. Je höher der Beladungszustand im Filter, umso größer der Staudruck. Ein einfacher Drucksensor erfasst den Staudruck relativ zur Umgebung, solange im Abgasrohr nach dem Partikelfilter vergleichbare Druckverhältnisse herrschen (war bei Euro 5 der Fall). Wird ein bestimmter Staudruckwert erreicht und hat der Sensor die Information an das Steuergerät übermittelt, wird die aktive Regeneration gestartet.

Ein solcher Drucksensor muss sehr spezielle Anforderungen erfüllen. Aufgrund der Nähe zum Abgasrohr wird der Sensor – besonders bei LKWs – so am Fahrzeug verbaut, dass er äußeren Umwelteinflüssen quasi ungeschützt ausgesetzt ist.

Er muss daher nach außen sehr robust sein. Gleichzeitig sind die zu messenden Drücke relativ gering. Der Sensor muss also nach innen sehr sensibel messen können und dabei stabil gegenüber einer der aggressivsten Medien sein, die am Fahrzeug anzutreffen sind.

Spezieller Drucksensor für die anspruchsvollen Umgebungsbedingungen im Abgasstrom

Unser Drucksensor Typ 96724 wurde genau für diese Anwendung entwickelt. Eine sehr empfindliche Halbleiter-Druckmesszelle (MEMS – Micro Electro Mechanical System) setzt dabei das Drucksignal in elektrische Spannung um. Dieses sehr geringe Messsignal wird in einer eigens entwickelten Verstärker-Einheit (ASIC) im Sensor auf ein für den Anwender nutzbares Niveau verstärkt und gleichzeitig gegen Umwelteinflüsse konditioniert.

Das spezielle Design von AB Elektronik trägt diesen Anforderungen Rechnung. Nach umfangreichen Arbeiten insbesondere im Verbindungs- und Fügebereich sowie in enger Zusammenarbeit mit den Anwendern entstand ein äußerst stabiler, nach außen robuster und nach innen feinfühliger Drucksensor.

AB Elektronik Sachsen GmbH, Differenzdrucksensor

 

Die nächste Stufe: Dieselmotoren mit Euro 6 erhalten zusätzlichen Katalysator – Differenzdrucksensoren für Euro-6-Anwendungen ermöglichen eine noch genauere Steuerung

Was den Dieselmotor aktuell am meisten in Misskredit gebracht hat, ist die Emission von NO und NO2, den Stickoxiden. Zur wirksamen Reduktion dieser Stickoxide wird in Euro-6-Fahrzeugen nach dem Partikelfilter ein weiterer Katalysator eingebaut. Ich werde in einem späteren Beitrag genauer auf dieses Thema eingehen.

Für alle die, dich nicht warten wollen, hier ist der Link zu einem kurzen Video, dass die Funktion des Differenzdrucksensors beschreibt.

Sie interessieren sich für mehr Informationen zu unserem umfangreichen Portfolio für Abgassensorik? Öffnen Sie hier eine Komplettübersicht!

 

*Feinstaub

Die bei der Kraftstoffverbrennung im Motor erzeugten Rußpartikel werden vor allem bei Dieselmotoren als Feinstaub wahrgenommen. Feinstaub (PM – Particulate Matters) besteht aus mikroskopisch kleinen, schwebenden Staubkörnchen mit einer Korngröße von höchstens 10 Mikrometern (= 10 Tausendstelmillimeter). Die Partikel sind so klein, dass sie sich beim Einatmen in der Lunge ablagern und sogar über die Blutbahnen in den gesamten menschlichen Körper einschließlich des Gehirns gelangen können. (Quelle: AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland: “Abgasrelevante Bauteile, Seite 14“)

Mit den besten Grüßen

Frank Rothe

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AB Elektronik Sachsen GmbH, Differenzdrucksensoren, Euro 6