White Eco Diesel‐Antriebsstrang mit Vor‐Turbo‐Abgasnachbehandlung und Mild‐Hybrid‐Konzept zur Erreichung niedrigster NOₓ‐Emissionen im urbanen Verkehr

Autoren

Dipl.-Ing. B. Lindemann, Dr.-Ing. M. Schönen, Dr.-Ing. J. Schaub, Dr. L. Robb, Dr.-Ing. M. Fiebig, H. Sankhla MSc, R. Klein MSc, FEV Europe GmbH, Aachen

Jahr

2019

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 811

Zusammenfassung

Das Potential mit einer Vor-Turbo-Abgasnachbehandlung und einem Mild-Hybrid-Konzept sowohl einen positiven Effekt auf die Emissionen als auch auf den CO₂-Ausstoß zu erzielen wurde simulativ untersucht. Parallel wurde dazu hardwareseitig ein Fahrzeug-Demonstrator aufgebaut. Mittels GT-Power Simulationsrechnungen wurde ein elektrischer Turbolader mit 11 kW E-Maschine ausgelegt. Als Betriebsstrategie konnte eine vorteilhafte Rekuperation über Belt Starter Generator (BSG) anstelle über e-ATL festgelegt werden. Aus Verbrauchsgründen wurde die Niederdruck Abgasrückführung (ND-AGR) analog zum Serienfahrzeug beibehalten, obwohl auch eine AGR-Realisierung über Ein-Kreis-Hochdruck-AGR möglich wäre. Auf dieser Basis wurde eine Auslegung der Abgasanlage, der Systemkomponenten und der Betriebsstrategie mittels der FEV-Software SimEx durchgeführt. Als Randbedingung wurde ein Euro-7-Szenario mit den Grenzwerten 35 mg/km NOx, 50 mg/km HC und 500 mg/km CO bei einem Conformity Factor (CF) von 1 angenommen. Realen Fahrbedingungen wurde durch möglichst viele Fahrsituationen Rechnung getragen. Dazu zählen kurze & lange Fahrdistanzen, Niedrig- & Hochlastbetrieb, Stop-and-Go-Abschnitte und urbane Fahrbedingungen. Als Ziellayout konnte ein 1.0 l DOC mit HD-AGR nach DOC, ein 1.0 l LT-SCR in Kombination mit einem 2.0 l SDPF und anschließendem 5.0 l UB-SCR nach Turbolader identifiziert werden. Dieses System erreicht in allen Zyklen die gesetzten Zielemissionen, mit Ausnahme des BAB-160 Hoch-geschwindigkeits-Zyklus. Der sich einstellende Mehrverbrauch infolge motorischen Heizens beträgt 2-4 %. Berücksichtigt man das zusätzliche Rekuperationspotential des 48-Volt-Systems, so lässt sich dieser Verbrauchsnachteil in einen Vorteil umkehren. In Niedriglastzyklen besteht so ein Gesamtverbrauchspotential von bis zu 7 %, wohingegen in wärmeren Zyklen ein Einsparpotential von bis zu 3 % bei gleichzeitiger Unterschreitung der gesetzten Emissionslimits erreicht wird. Im Vergleich zum Referenzsystem mit ähnlich niedrigem Emissionsniveau zeigt das Pre-Turbine-System ein CO₂-Sparpotential von bis zu 19 %. Darüber hinaus ergeben sich mögliche Vorteile hinsichtlich der Versottungsneigung der HD-AGR-Strecke und der passiven DPF-Regenration im Normalbetrieb. Die Pre-Turbine-Positionierung kann somit sowohl ein Niedrig-Emissionskonzept als auch ein Niedrig-CO₂-Konzept ermöglichen.