Aufgrund ihres dualen Antriebs müssen Hybridfahrzeuge häufiger als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor Kaltstarts durchführen. Empa-Forscher haben die beste Methode errechnet, um die Emissionen niedrig zu halten.
Viola Papetti und Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler von der Empa
Empa
Viola Papetti und Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler von der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben mit einem selbst entwickelten mathematischen Modell die beste Kaltstart-Strategie von Hybridfahrzeugen errechnet. Diese schalten den Verbrennungsmotor bei rein elektrischer Fahrt ab. Beim erneuten Start, beispielsweise beim Auffahren auf die Autobahn, weist der Katalysator nicht mehr die optimale Betriebstemperatur zur Abgasnachbehandlung auf. Vor allem Kohlenmonoxid, Stickoxide und unverbrannte Kohlenwasserstoffe werden ungefiltert ausgestoßen.
Für ihre Berechnungen beziehen sich die Forscher auf einen typischen Katalysator eines 2,0-l-Ottomotors. Mit ihrem mathematischen Modell errechnen sie, wie die heißen Auspuffgase die Keramikwaben des Katalysators und die katalytische Reinigungsschicht (Washcoat) aufheizen. Es dauert bei einer Temperatur von Minus 13 Grad über drei Minuten, bevor der Katalysator mit 140 Grad Celsius warm genug ist, um die Abgasreinigung zu starten. Den Berechnungen zufolge dauert auch das Aufheizen eines auf 90 Grad herunter gekühlten Kats noch drei Minuten. Beim simulierten Kaltstart auf der Autobahnauffahrt benötigt der Katalysator 90 Sekunden, bis die chemischen Reaktionen einsetzen.
Katalysator gezielt auf Betriebstemperatur bringen
Eine gezielte Aufheizung kann die Arbeit des Katalysator beschleunigen. Empa-Forscher Dimopoulos Eggenschwiler sieht dafür drei Möglichkeiten: "Man könnte den Motor heißere Abgase produzieren lassen – das kostet allerdings zusätzlich Treibstoff. Man könnte die Hybridbatterie der Autos nutzen, um die Abgase elektrisch vorzuwärmen. Und man könnte den Washcoat des Katalysators mithilfe von Mikrowellenstrahlung vorheizen, eine hier an der Empa entstandene Idee, die sich in Entwicklung zur Serienreife befindet". Eine Vorheizung nur der Abgase wäre beim Kaltstart in der Stadt am sinnvollsten, auf der Autobahn lohnt es sich, den Washcoat direkt vorzuwärmen. Die Forscher sehen bislang nur in der Kombination der Strategien die beste Lösung.
