Automotive Catalyst State Diagnosis Using Microwaves

Diagnostic de l’état de catalyseurs d’automobiles à l’aide de micro-ondes

Bayreuth Engine Research Center, Zentrum für Energietechnik University of Bayreuth, 95447 Bayreuth – Germany
e-mail: functional.materials@uni-bayreuth.de – mrt@uni-bayreuth.de

^* Corresponding author

Abstract

The state of catalysts plays a key role in automotive exhaust gas aftertreatment. The soot or ash loading of Diesel particulate filters, the oxygen loading degree in three-way catalysts, the amount of stored ammonia in SCR catalysts, or the NO_x loading degree in NO_x storage catalysts are important parameters that are today determined indirectly and in a model-based manner with gas sensors installed upstream and/or downstream of the catalysts. This contribution gives an overview on a novel approach to determine the catalyst state directly by a microwave-based technique. The method exploits the fact that the catalyst housing acts as a microwave cavity resonator. As “sensing” elements, one or two simple antennas are mounted inside the catalyst canning. The electrical properties of the catalyst device (ceramic honeycomb plus coating and storage material) can be measured. Preferably, the resonance characteristics, e.g., the resonance frequencies, of selected cavity modes are observed. The information on the catalyst interior obtained in such a contactless manner is very well correlated with the catalyst state as will be demonstrated for different exhaust gas aftertreatment systems.

Résumé

L’état des catalyseurs joue un rôle essentiel dans le post-traitement des gaz d’échappement automobiles. Le chargement en suie ou en cendres des filtres Diesel à particules, la teneur en oxygène dans les catalyseurs trois voies, la quantité d’ammoniac stockée dans les catalyseurs SCR ou le niveau de chargement en NO_x dans les catalyseurs de stockage de NO_x sont des paramètres importants déterminés aujourd’hui de manière indirecte et sur la base de modèles avec des capteurs de gaz se trouvant en amont et/ou en aval des catalyseurs. Cette contribution présente une nouvelle approche permettant de déterminer l’état du catalyseur, directement en utilisant une technique à micro-ondes. La méthode exploite le fait que le boîtier du catalyseur agit comme cavité résonnante de micro-ondes. En tant qu’éléments de détection, une ou deux antennes simples sont installées à l’intérieur du conditionnement du catalyseur. Les propriétés électriques du dispositif catalytique (nid d’abeille en céramique plus revêtement et matériau de stockage) peuvent être mesurées. De préférence, les caractéristiques de résonnance, par exemple les fréquences de résonnance, des modes de cavité sélectionnés, sont observées. Les données obtenues de cette manière sans contact, sont très bien corrélées avec l’état du catalyseur, tel que cela sera démontré pour différents systèmes de post-traitement des gaz d’échappement.