Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierung der Abgas- und Geräuschemissionen eines 48V-Mild-Hybrid (MHEV) Motors mit teilhomogener Dieselverbrennung

Im Zuge der sich immer mehr verschärfenderen Abgasgesetzgebung und der geplanten Einführung der Typgenehmigung im realen Fahrbetrieb müssen speziell für den Dieselmotor Wege gefunden werden, um die vergleichsweise hohen Stickoxid- und Partikelemissionen zu reduzieren. Neben der Elektrifizierung des Antriebsstrangs bietet die Adaption eines teilhomogenen Brennverfahrens eine weitere Lösungsmöglichkeit zur Entschärfung dieses Zielkonfliktes.

Speziell für den transienten Motorbetrieb verlangt die ausgeprägte Sensitivität des teilhomogenen Verbrennung auf veränderte Randbedinungen im Luft- und Kraftstoffpfad ein genaues Steuer- bzw. Regelverhalten des Verbrennungsmotors. Die mit dem alternativen Brennverfahren einhergehenden, erhöhten HC-Emissionen erfordern den Einsatz eines elektrisch beheizten Katalysators in Verbindung eines 48V – Bordnetzes eines milden Dieselhybrids.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Optimierung der Betriebsstra-tegie für einen Dieselhybridverbund mit teilhomogener Verbrennung unter Berück-sichtigung der Abgasnachbehandlung. Eine Phlegmatisierung des Dieselmotors mit angepasster Verbrennungsregelung gestattet den Ausgleich der Luftpfadträgheit in transienten Phasen und ermöglicht eine weitere Reduktion der Emissionen. Im Rahmen des beantragten Vorhabens soll das Konzept für reale, RDE-relevante Fahrzustände optimiert werden.

Kleine und mittlere Unternehmen als Entwicklungsdienstleister, Zulieferer von Sys-temkomponenten sowie als Anbieter im Bereich Vermessung und Applikation profitieren von den Forschungsergebnissen in besonderem Maße, da diese die gewonnenen Erkenntnisse unmittelbar als Grundlage für die Weiterentwicklung Ihres jeweiligen Produktes (z.B. E-Kat, ECU-Funktionen, Applikationsstrategien, etc.) nutzen und so ihre internationale Wettbewerbsfähigkeit steigern können.

Ergebniszusammenfassung:

Die Arbeit zeigt, dass es durch die Elektrifizierung des Antriebsstrangs bei teilhomogener Verbrennung und Einsatz eines elektrisch beheizten Katalysators gelingt, eine Senkung aller Schadstoffemissionen in Phasen geringer Geschwindigkeitsanforderungen, bei gleichzeitiger Verschiebung der Stickstoffoxidemissionen in Phasen hoher Geschwindigkeitsanforderungen zu erzielen. Der elektrisch beheizte Katalysator kann zudem die Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen, vor allem gegenüber dem konventionellen Fahrzeug mit Betriebsartenumschaltung, drastisch senken. Die Rußemissionen sind beim Hybridfahrzeugkonzept über alle Bereiche gegenüber beiden konventionellen Fahrzeugen deutlich reduziert.

Die Arbeit zeigt das große Potential des teilhomogenen Brennverfahrens im elektrifizierten Antriebsstrang auf, wobei alle aus dem modifizierten Brennverfahren hervorgehenden Problemstellungen gelöst werden konnten. Vor allem für großvolumige Verbrennungsmotoren kann ein hybridisierter, teilhomogener Betrieb in Innenstädten sinnvoll sein, um die lokal ausgestoßenen Emissionen des jeweiligen Fahrzeugs zu minimieren. Durch das vorgestellte Konzept kann die Brücke zwischen großer Reichweite und lokaler Emissionsminderung aufgespannt werden. Die Vorteile des Antriebsstrangkonzepts überwiegen dem Aufwand dabei klar.