Motorentechnik

So erreichen Dieselmotoren selbst die strengen SULEV30-Grenzwerte

Motorprüfstand von AVL
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Motorprüfstand von AVL
11.07.2013 - 

Dank entsprechender Auswahl vorhandener Abgasnachbehandlungssysteme und angepasster Betriebsstrategie erreichen Dieselmotoren auch die strengen SULEV30-Grenzwerte. Darüber hinaus sinkt der Kraftstoffverbrauch.

Von Andreas Burkert | Redaktion Springer für Professionals

Der Dieselmotor ist vor allem wegen seines prinzipbedingten Effizienzvorteils beliebt - wären da nicht die Schadstoffe, die den Motorenentwicklern große Sorgen bereiten. Das Erreichen der stets strenger formulierten Emissionsgrenzwerte wird immer schwieriger und treibt die Entwicklungskosten in die Höhe. Doch dank der geschickten Kombination unterschiedliche Konzepte und Systemkonfigurationen zur außermotorischen Emissionsreduzierung lässt sich der Diesel auch für die hohen US-amerikanischen LEV-3-Emissionsgrenzwerte optimieren.

Welche konkreten Maßnahmen dafür notwendig sind hat AVL am Beispiel eines Pkw mit einer Fahrzeugmasse von 1800 kg und einer typischen Dieselmotorisierung der 2,0-l-Hubraumklasse erprobt und die Ergebnisse im Beitrag "Konzepte zur Diesel-Abgasnachbehandlung für die Richtlinie LEV 3" beschrieben. Der Zulieferer griff für den Konzeptvergleich auf eine modellbasierte Entwicklungsmethodik zurück. Aus der mit Rollentests abgestimmten Fahrzeugsimulation wurden die Eingangsparameter für die Motor- und Abgasnachbehandlungssimulation gewonnen. Auf Komponentenebene wurden Katalysatormaterialen charakterisiert und Komponentenmodelle ergänzend zur existierenden Datenbank erstellt. Die Betrachtung der Interaktion von Motor und Abgasnachbehandlung (AGN) in Fahrzyklen erfolgt dann mittels Systemsimulation.

Zwei Systemkombinationen im Vergleich

Das Ziel der Untersuchung ist die Definition von Systemen, die es erlauben, die SULEV30-Emissionslimits unter Beibehaltung eines günstigen Kraftstoffverbrauchs zu erreichen. Zwei solcher Abgasnachbehandlungssysteme hat AVL zusammengestellt, untersucht und im Fachbeitrag im Detail dargestellt. Zum einen nutzen die Abgasspezialisten den klassischen Zugang mit motornahem Oxidationskatalysator (DOC) und Partikelfilter (DPF) sowie einem SCR-Katalysator im Unterbodenbereich. Zusätzlich kam ein elektrisch beheizter Katalysator (ECAT) zum Einsatz. Das zweite System besteht wiederum aus einem ECAT, gefolgt von einem DOC und dem SCR-beschichteten DPF (SDPF). Die Zumischung des Reduktionsmittels erfolgt zwischen DOC und SDPF. Des Weiteren konnte auf einen motorfern angeordneten passiven SCR-Katalysator nicht verzichtet werden.

Anschließend wurden mittels Simulation verschiedene Betriebsstrategien bewertet, wobei auch Möglichkeiten zur Vereinfachung der Systeme geprüft wurden. Das Ergebnis: Bei entsprechender Systemauswahl und angepasster Betriebsstrategie lassen sich die SULEV30-Grenzwerte in Verbindung mit einem niedrigen Kraftstoffverbrauch erreichen. Ein weiteres Ergebnis der Untersuchungen ist, dass bei einer Kombination aus LNT, DPF und SCR auf ein ECAT verzichtet werden kann. Ersetzt man den DPF durch einen SDPF, ist mit der aktuellen Beschichtungstechnik zumindest ein ECAT mit reduzierter Leistung erforderlich, um die fehlende oxidierende Beschichtung am SDPF betreffend NMOG kompensieren zu können. Auf einen zusätzlichen SCR-Kat kann hingegen zugunsten eines Schlupfkats verzichtet werden.

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