RDE und die Folgen für Motorenentwickler

Europa steht vor gravierenden Veränderungen in der Abgasgesetzgebung für Fahrzeuge. Spätestens seit der VW-Abgasaffäre stehen die bisherigen Emissionsprüfverfahren in der Kritik. Der neue Testzyklus WLTP (Worldwide Harmonized Light-Duty Vehicles Test Procedure) und das RDE-Verfahren (Real Driving Emissions), die ab September 2017 eingeführt werden, sollen für realistischere Kraftstoffverbrauchswerte und reduzierte Emissionen sorgen. Zugleich stellen sie die Automobilindustrie vor große Herausforderungen. 

"Der Wechsel von NEFZ zu RDE ist ein entscheidender Schritt, da der praktische Fahrbetrieb größere Auswirkungen auf Antriebstechnologien haben wird", sagt Xavier Leo, der als Analyst an der Studie "Executive Analysis of Real Driving Emissions (RDE) and their Implementation" des Beratungsunternehmens Frost & Sullivan beteiligt war. Die Studie untersucht, welche Herausforderungen auf die Autohersteller durch RDE zukommen. Leo bringt diese folgendermaßen auf den Punkt: "OEMs müssen sich alternativen Technologien zuwenden und gleichzeitig vorhandene Technologien verbessern, um die Anforderungen der RDE-Testverfahren zu erfüllen."

Auswirkungen auf den Verbrennungsmotor

Beispielsweise ergeben sich für den Dieselmotor durch die künftige Prüfung der Emissionen im realen Straßenverkehr neue Anforderungen an die Funktionsumfänge und Regelungssysteme sowie seine Abgasnachbehandlung. Im Artikel Funktionsentwicklung für RDE bei Dieselmotoren aus der MTZ 3-2017 untersucht Ford die Herausforderungen sowie Lösungsansätze aus dem Bereich der Funktionsentwicklung. Dabei haben die Ford-Ingenieure zunächst die Luftpfad- und Drehmomentenregelung betrachtet, da diese Funktionsgruppe eine wichtige Rolle bei der Koordination der bekannten Zielkonflikte zwischen Rohemissionsabsenkung und optimaler Abgasnachbehandlungsfunktion spielt.

Auch an den Ottomotor werden hohe Anforderungen gestellt, die aus den weltweit verschärften Emissionsanforderungen sowie der Partikelanzahl-Emission und CO2-Limitierung resultieren. 

Der Übergang vom NEDC zu dem wesentlich dynamischeren WLTC und den Real Driving Emissionen (RDE) erfordert die Einhaltung der Emissionen in einem wesentlich größeren Kennfeld- und Temperaturbereich", erläutern die Springer-Autoren im Kapitel Direkteinspritzsysteme für Ottomotoren zur Erfüllung der Real Driving Emission aus dem Buch 10. Tagung Diesel- und Benzindirekteinspritzung 2016. 

Mit der Einführung der EU6c-Emissionsgesetzgebung würden die Anforderungen an die Partikelanzahl-Emission für direkteinspritzende Benzinmotoren auf das gleiche Emissionsniveau wie bei Dieselmotoren abgesenkt. Die Autoren erläutern daher Lösungsansätze zur innermotorischen Vermeidung von Partikelemissionen.

Hohe Kosten sind ein Problem

Eine der größten Herausforderungen beim Übergang hin zu modernen Antriebstechnologien, die auch die immer strenger werdenden Emissionsanforderungen erfüllen, sind zudem die hohen Kosten. Der Übergang sei laut Frost & Sullivan auch eine Probe für das Leistungspotenzial von Dienstleistern, sich auf die Veränderungen einstellen müssten. Anbieter wie AVL, Ricardo, Continental, ICCT und Bosch hätten ihre Technologien erweitert, um Fahrzeuge von OEMs zu untersuchen und zu zertifizieren sowie Technologien mit geringen Produktionskosten zu entwickeln. 

"OEMs investieren enorme Summen in die Entwicklung von Technologien mit geringen Produktionskosten, um diese in ihre Flotte zu integrieren. Die Einführung von WLTP und RDE wird Verbesserungen, wie Downsizing, mehrfache Druckerhöhungsanlagen, Direkteinspritzer, Hybridisierung und Abgassystemen voranbringen", bemerkt Leo. "OEMs werden darauf aus sein, diese Technologien zu optimieren, um erstklassige Ergebnisse bei RDE zu erzielen."

Weiterentwicklung von Entwicklungs- und Prüfstandsumgebungen

Bei der Entwicklung von neuen Antriebskonzepten, die der Dynamik bei realen Straßenfahrten gerecht werden, stoßen auch die traditionellen Methoden und Werkzeuge an ihre Grenzen. Das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe der TU Darmstadt (VKM) und AVL forschen daher gemeinsam an neuen Lösungen, die bereits bestehende Entwicklungsumgebungen optimieren können, wie die Autoren im Artikel RDE-Homologation – Herausforderungen, Lösungen und Chancen aus der MTZ 10-2016 erläutern.

Mit den Bestrebungen des Gesetzgebers, Fahrzeugemissionen im realen Fahrbetrieb zu vermessen, erweitern sich auch die zu prüfenden Betriebszustände grundlegend, was unter Umständen kritische Auswirkungen auf die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten hat, wie APL im Artikel Übertrag von RDE-Anforderungen in eine modellbasierte Prüfstandsumgebung aus dem MTZextra 2-2016 erklärt. Das Unternehmen hat anhand von RDE-Untersuchungen eine Entwicklungsmethodik erarbeitet, die die Übertragung von Zuständen, wie sie bei einer Straßenfahrt auftreten, in eine Prüfumgebung ermöglicht.