Die Rolle verbrennungsmotorischer Fahrzeugantriebe in privaten sowie kommerziellen, zukünftigen Mobilitätsanwendungen ist Inhalt intensiv geführter Diskussionen auf politischer und gesellschaftlicher Ebene, im europäischen sowie im internationalen Kontext. Die Forderung nach CO2-Neutralität, die zukünftigen Niedrigstemissionsstandards sowie die regulatorischen Anpassungen von Homologationsprozeduren stellen hierbei maßgebliche Aspekte dar. In der industriellen Antriebsentwicklung erfordern diese Anforderungen eine methodische Neuausrichtung von etablierten Entwicklungs- und Validierungsverfahren in einem Spannungsfeld aus regulatorischen Vorgaben, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit. Dies gilt insbesondere hinsichtlich des Emissionsverhaltens für Fahrzeugantriebe mit Verbrennungsmotor.
Der Wechsel auf die öffentliche Straße zur Bewertung der Realfahremissionen von Fahrzeugen (engl.: Real Driving Emissions, RDE) stellt diesbezüglich aufgrund von stochastischen Einflussgrößen sowie durch die gesteigerte Anzahl emissionskonform zu applizierender Betriebszustände und den Wegfall einer definierten Optimierungsgrundlage eine große Unsicherheit im Entwicklungsprozess dar. Eine individuelle Systembetrachtung und eine Kritikalitätsbewertung des Emissionsverhaltens von Fahrzeugantrieben bereits in frühen Entwicklungsphasen sind daher unumgänglich.
In der vorliegenden Arbeit wird ein methodischer Entwicklungsansatz vorgestellt, der dieses ermöglicht. Dazu werden, gegliedert in drei Hauptprozessen, Ansätze zur konzeptspezifischen Bereitstellung, zur variablen Anwendung sowie zur RDE-fokussierten Bewertung synthetischer Testszenarien definiert. Diese Testszenarien adressieren in verschiedenartigen Ausprägungen von sogenannten „Most-Relevant-Tests“ das methodisch als kritisch identifizierte, RDE-relevante Emissionsverhalten des Antriebssystems. Sie unterstützen so in ihrer Anwendung an Entwicklungsprüfständen die Prozesse der Motorkalibration und die Absicherung der Emissionskonformität. Es wird dazu ein neuartiger Ansatz zur statistischen Bewertung des Vertrauensbereichs des Emissionsverhaltens hinsichtlich entwickelter RDE-Zielerreichungskriterien vorgestellt.
Die Validierung der entwickelten Prozesse erfolgt für zwei Versuchsträger aus dieselmotorischen Nutzfahrzeuganwendungen in den Entwicklungsumgebungen eines Fahrzeug-Rollenprüfstands sowie eines Motorenprüfstands. Die Vorteile der entwickelten Methodik im Vergleich zu konventionellen Entwicklungsansätzen werden aufgezeigt und auch im Übertrag auf eine ottomotorische Fahrzeuganwendung bestätigt. Die Adressierung antriebsindividueller, emissionskritischer Schwachstellen sowie die Quantifizierung der Sicherheit der emissionsseitigen Einhaltung vorgeschriebener Grenzwerte ermöglichen somit eine Bewertung des Fortschritts im Entwicklungsprozess und können Kosten- und Effizienzpotentiale generieren.
Aktualisiert: 2022-11-03
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Nachhaltigkeit, Klimaneutralität und Umweltneutralität sind drei wesentliche Zielgrößen für die Erforschung und Entwicklung neuer Technologien. Der Verkehrssektor besitzt das Potential, alle genannten Zielgrößen zu adressieren. Die Energieträger für den Verkehrssektor haben einen zentralen Einfluss auf die resultierenden Schadstoff- und CO2-Emissionen des gesamten Sektors. Aufgrund der hohen Relevanz von verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen wird der synthetisch hergestellte, potentiell CO2-neutrale PtL-Kraftstoff Oxymethylenether, kurz OME, untersucht. Mit diesem Kraftstoff werden unter Berücksichtigung verschiedener Einführungspfade die motorischen Potentiale erforscht.
Mischungen (Blends) aus konventionellem Dieselkraftstoff und OME werden in einem ausgewählten Versuchsfahrzeug analysiert. Dabei wird der Einfluss des Kraftstoffblends hinsichtlich der Bewertungskriterien Fahrdynamik, Schadstoffemissionen und Klimabilanz bewertet.
Für die Nutzung von OME als Reinkraftstoff werden neuartige Betriebsstrategien definiert und konkretisiert. Dabei werden insbesondere der Aufbruch des Zielkonflikts zwischen gleichzeitig niedrigen Stickoxid- und Partikelemissionen mit OME sowie der stöchiometrische Motorbetrieb berücksichtigt. Darauf aufbauend wird eine neuartige Betriebsstrategie mit dem Ziel möglichst geringer Stickoxidemissionen (Strategie „Low NOx“ mit Drei-Wege-Katalysator als Abgasnachbehandlungssystem) ausgearbeitet und in Form von zwei (Last-) Regelungskonzepten konkretisiert. Die grundsätzliche Funktionsfähigkeit der Betriebsstrategie mit den dazugehörigen Regelungskonzepten und dem ausgewählten Abgasnachbehandlungssystem wird an einem Einzylinderforschungsmotor am Motorenprüfstand unter anderem mit minimalen Stickoxidkonzentrationen im Abgas bestätigt.
Aktualisiert: 2020-08-31
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