Emissionssicherheit bei niedrigem Verbrauch

Auf dem 39. Internationalen Wiener Motorensymposium hat Continental Fortschritte auf dem Weg zur Emissionssicherheit vorgestellt. Dabei geht es um Systemlösungen, mit denen die Kontrolle über die Verbrennung und die Abgasnachbehandlung ausgeweitet wird. Die zentrale Herausforderung liegt darin, dass zahlreiche Faktoren beeinflussen, wie wirkungsvoll sich Abgasemissionen unter realen Fahrbedingungen reduzieren lassen. Einflüsse wie die Temperatur, die dynamische Leistungs­anforderung durch den Fahrer, die Streckentopographie und die Kraftstoffzusammensetzung wirken sich massiv auf die Abgaszusammensetzung aus.

Will man Emissionssicherheit in allen Betriebssituationen erreichen, dann sind Strategien erforderlich, um solche Einflüsse zu kompensieren. Zwei Trends fallen dabei auf: Zum einen lassen sich viele Strategien sowohl auf Dieselmotoren als auch auf Ottomotoren anwenden. Auch können ein Partikelfilter und die dazugehörige Partikelfilterregeneration inzwischen auch beim Ottomotor erforderlich sein. Continental hat hierfür eine technische Lösung für geringen Filtergegendruck entwickelt. Zum anderen eröffnet die Hybridisierung des Antriebs neue Möglichkeiten, um die Emissionssicherheit zu steigern.

Lückenlos sauber durch flexiblere Strategien

Emissionssicherheit bedeutet, für alle Bedingungen vorzusorgen, vom Kaltstart bis zur Hochlast. „Für die Rohemissionen macht es beispielsweise einen riesigen Unterschied, ob jemand morgens als erstes bergauf fahren muss oder bergab“, erklärt Rolf Brück, Leiter Segment Katalysatoren und Filter im Geschäftsbereich Fuel & Exhaust Management. „Derartige Unterschiede zwischen Anrollen mit wenig Last und hoher Last bergauf lassen sich mit einem elektrisch beheizbaren Katalysator auffangen, der für einen schnellen Reinigungsbeginn bei sehr unterschiedlichen Abgaszusammensetzungen sorgt.“

Neben dem Fahrereinfluss und der Strecke gehöre auch der Kraftstoff zu den leicht zu unterschätzenden Faktoren: „Alleine die in Westeuropa verfügbaren Ottokraftstoffqualitäten ergaben bei unseren Versuchen eine Veränderung der Partikelrohemissionen bis zu einem Faktor von 3“, so Brück weiter. Auf solche Schwankungen müsse das Gesamtsystem aus Motor und Abgasnachbehandlung vorbereitet sein. Künftig würden sich Beimengungen von synthetischen  CO2-neutralen Kraftstoffen, wie OME (Oxymethylenether), in Dieselkraftstoff ebenfalls auf das Emissionsverhalten auswirken. Daher sei die Erkennung der Kraftstoffzusammensetzung zunehmend elementar für die Emissionssicherheit.

Erkennung der Kraftstoffzusammensetzung zunehmend elementar

Am Beispiel eines Dieselmotors zeigt Continental in Prüfstandsversuchen, wie man die elektrische Energie einer 48-Volt-Hybridisierung nutzen kann, um unterschiedliche Temperatur- und Geschwindigkeitsprofile zu beherrschen. Nutzt man elektrische Energie, um Drehmomentspitzen des Verbrennungsmotors zu vermeiden, so sinken gleichzeitig Kraftstoffverbrauch und NOx-Ausstoß. Die gleichzeitige Optimierung beider Zielgrößen ist durch Elektrifizierung realisierbar.

„Will man ein Fahrzeug ohne Emissionsgrenzwertüberschreitungen realisieren, so geht das nur über die komplette Kette vom Motor über die Abgasnachbehandlung einschließlich der Sensoren und ihrer Platzierung bis hin zur Entwicklungsmethodik,“ erläutert Brück. „Nur mit neuen Entwicklungswerkzeugen lassen sich Real Driving Emissions Zyklen vorab testen, und nur so kann man das Gesamtsystem frühzeitig richtig für alle Eventualitäten auslegen.“

Rohemissionen vermeiden

Ein anderes Beispiel liefert der Ottomotor: Um die Rohemissionen zu vermindern, hat Continental den Injektor XL5 für eine reduzierte Wandbenetzung in der Kaltstartphase entwickelt. Da auch bei der hoch effizienten Verbrennung in solchen Motoren Partikel entstehen, haben immer mehr Fahrzeuge mit Ottomotor einen Partikelfilter (Gasoline Particulate Filter – GPF). Dieser muss bei zunehmender Beladung regeneriert werden. Continental leistet dazu zwei Beiträge. Erstens hat der GPF trotz seines geringen Gegendrucks eine deutliche höhere Filtrationseffizienz unterhalb der heute gesetzlich geforderten Partikelgröße von 23 nm.

Zweitens lässt sich durch intelligente Vernetzung die im Tank aufgefangene Kraftstoffverdunstung (Schutz vor Kohlenwasserstoff-Verdunstungsemissionen, HC – Hydro Carbon – Emissionen) auch zur GPF-Regeneration nutzen. „Die Voraussetzung dafür schafft unsere Active Purge Pump (APP), die den Aktivkohlefilter auch bei Hybridanwendungen häufig spült und dabei auch gleich die Menge an HC in der Spülluft bestimmt. So kann man die Einspritzmenge schnell reduzieren, und die λ-Regelung ist weiterhin korrekt“, erläutert Dr. Gerd Rösel, Leiter Systementwicklung Bereich Engine Systems bei Continental. (ig)