Energiebasierte Optimierung eines Dieselhybrids zur Erfüllung der zukünftigen „Real Driving“-Emissionsgesetzgebung

Autoren

Dr.-Ing. G. Avolio, Dipl.-Ing. J. Grimm, Dr.-Ing. O. Maiwald, Dr.-Ing. G. Rösel, Dipl.-Ing. R. Brück, Continental, Regensburg / Lohmar; Prof. Dr.-Ing. F. Atzler, Westsächsische Hochschule, Zwickau

Jahr

2017

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 802

Zusammenfassung

Moderne Pkw-Motoren müssen anspruchsvolle Ziele erfüllen. Beim Dieselmotor liegt ein besonderer Schwerpunkt auf dem Ausbalancieren zwischen Kraftstoffverbrauch und dem Ausstoß von Stickstoffoxiden (NO_x) in der Betriebspraxis unter erweiterten Umweltanforderungen (z. B. Umgebungstemperatur, Höhenlage). Der hochtransiente Fahrbetrieb erfordert eine präzise und robuste Steuerung des Verbrennungsprozesses. Durch das optimierte Zusammenspiel des Ansaug-, Abgasrückführungs- und Aufladesystems lässt sich die gewünschte Ladungszusammensetzung im Zylinder während des transienten Betriebs mit den erwünschten Resultaten erreichen. ln Verbindung mit einer Lambdaregelung, der optimierten Mehrfacheinspritzung und einem hocheffizienten Abgasnachbehandlungssystem ermöglicht dies eine Begrenzung des Schadstoffausstoßes über die gesamte Fahrzeuglebensdauer, ohne den Kraftstoffverbrauch und das Fahrverhalten negativ zu beeinflussen. Zur Einhaltung der Emissionen (NO_x) bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ist es notwendig, neue robuste Lösungen zu entwickeln, um die Effizienz des Abgasnachbehandlungssystems zu verbessern, da dieses bei niedrigen Betriebstemperaturen zunehmend an Effizienz verliert. Die optimale Auslegung des Luftpfads, mit besonderem Schwerpunkt auf dem AGR-Management und dem Verbrennungsvorgang, dient dazu, das bestmögliche Gleichgewicht zwischen Rohemissionen und Effizienz der Katalysatorkonvertierung zu finden. Die Einführung eines 48-V-Systems stellt einen weiteren Schritt in Richtung der gleichzeitigen Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Stickoxidemissionen dar. Das 48-Volt-System ermöglicht Energierückgewinnung beim Bremsen sowie eine Unterstützung für den Verbrennungsmotor in der Beschleunigungsphase. Dies führt nicht nur zu einer Reduzierung der Spitzenlast bei gleichzeitiger Verbesserung der NO_x-Werte und der Kraftstoffeinsparung, sondern kann auch die dynamischen Anforderungen an die ,,langsameren" Motorsteuerelemente durch Phlegmatisierung verringern. Eine weitere CO₂-Reduzierung kann durch die interne NO_x-Unterdrückung des Motors zugunsten eines hocheffizienten Abgasnachbehandlungssystems erreicht werden. Dies basiert auf einem beheizten Katalysator mit geringem Strömungswiderstand und somit geringem Druckabfall für eine Verkürzung der Katalysator-Ansprechzeit beim Kaltstart, unabhängig von der Motorlast. Diese Abhandlung präsentiert den Stand der systemischen Beurteilung im Hinblick auf das Zusammenwirken der vier Kernbereiche „Motoroptimierung", „hocheffiziente Abgasnachbehandlung", „milde Hybridisierung" und „vernetztes Energiemanagement" mit dem Ziel, ein Konzept eines super sauberen und dennoch kostengünstigen Diesel-Pkws zu realisieren, der für die zukünftigen Anforderungen an CO₂- und NO_x-Emissionen gerüstet ist.