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Über dieses Buch

Das Buch beschreibt die Entwicklung der Abgas-Gesetzgebung und der Fahrzyklen, auch für die Verbrauchsmessung (CO2). Schwerpunkte sind die RDE-Gesetzgebung und die Vorgehensweise bei der Straßenmessung inklusive der dafür notwendigen mobilen Messtechnik (PEMS). Die komplizierte Bewertung der Messergebnisse wird verständlich dargestellt. Auch wenn der Pkw (Diesel und Benzin) im Vordergrund steht wird auch die praxisnahe Feldüberwachung (In Service Conformity) für Nutzfahrzeuge betrachtet. Mit der detaillierten Beschreibung von innermotorischen Maßnahmen und der Abgasnachbehandlung zur Reduzierung der Schadstoffemissionen erhält der Leser einen kompakten Überblick über die neueste Abgasgesetzgebung und die Reduzierung der Abgasschadstoffe für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Am 3. Februar 2016 hat das Europäische Parlament das Gesetz zur Messung von Abgasschadstoffen unter realen Bedingungen auf der Straße beschlossen. Dieser sogenannte Real Driving Emissions Test (RDE) ist seit 1. September 2017 für die Messung der Stickoxide, der Partikelanzahl, der Kaltstartemissionen und der Emissionen von Hybridfahrzeugen für neue Fahrzeugmodelle Pflicht. Gleichzeitig wurde der praxisnähere Test-Zyklus WLTC anstelle des NEFZ eingeführt. Ein Jahr später gilt das Verfahren für alle neuen Fahrzeuge. Hintergrund der Messung unter realitätsnahen Bedingungen ist die zunehmende Diskrepanz zwischen den unter synthetischen Bedingungen (z.B. Fahrzyklus NEFZ) ermittelten geringen Emissionen und der nach wie vor unbefriedigenden Luftqualität (Immission), besonders in Regionen mit hoher Verkehrsdichte.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Hintergrund und Motivation

Zusammenfassung
Trotz deutlich reduzierter Emissionsgenzwerte für Fahrzeuge hat sich die Luftqualität (Immission) nicht in gleichem Maße verbessert. Besonders die Stickstoffoxidbelastung ist nach wie vor an vielen verkehrsreichen Stellen unzulässig hoch. Dies liegt zum einen an der hohen Verkehrsdichte aber auch im Unterschied zwischen der Bestimmung der Emissionen auf dem Abgasrollenprüfstand auf der Basis synthetischer Fahrzyklen und der realen Fahrweise auf der Straße. Das Kapitel beschreibt die allgemeine Emissions- und Immissions-Situation und die Entwicklung der Fahrzyklen vom NEFZ bis zum WLTC und die Messung der Emissionen unter Realfahrtbedingungen (RDE).
Helmut Tschöke

2. RDE-Gesetzgebung – Grundlagen

Zusammenfassung
Dieses Kapitel beschäftigt sich mit dem RDE-Gesetzgebungsprozess und den dafür zuständigen Gremien. Beschrieben werden die wichtigen Instanzen, welche durchlaufen werden müssen, um einen Entwurf zur RDE-Gesetzgebung zu verfassen. Der allgemeine Werdegang der RDE-Gesetzgebung wird näher erläutert.
Weiterhin wird einen Überblick über das Gesetzgebungsverfahren, die RDE-Gesetzgebungshistorie, ausgewählte Gesetzespakete und wichtige Meilensteine gegeben. Es werden Zusammenhänge und die zeitliche Zuweisung der Gesetzestexte beschrieben.
Ergänzend werden Ausführungen zu den RDE-Stufen und den Grenzwerten in Kombination mit der WLTP-Gesetzgebung gemacht.
Frank Bunar, Elisa-Maria Moser

3. RDE-Testprozedur

Zusammenfassung
Das allgemeine Vorgehen für einen RDE-Test wird beschrieben. Die einzelnen Teilschritte des sequenziellen Vorgehens werden vorgestellt.
Es wird der Prozess und das Vorgehen bei der Fahrzeugauswahl sowie der damit verbundenen Bildung der PEMS-Familien näher erläutert. Ferner erfolgt eine Übersicht der wichtigen Kriterien für die PEMS-Familienbildung.
Weiterhin sind die Anforderungen an das Fahrzeug, die Strecken- und Umweltbedingungen für die Durchführung von RDE-Tests aufgeführt. Die zu beachtenden RDE-Testvoraussetzungen für Fahrzeuge sind dargestellt und ebenfalls erläutert. Es sind außerdem die Vorgaben für Umgebungsrandbedingungen, Streckenanforderungen, Testablauf beim Betrieb des Fahrzeuges und Zusatzstoffe des zu testenden Fahrzeuges kompakt aufbereitet.
Abschließend werden die einzelnen, sequenziellen Teilschritte beim RDE-Testdurchlauf strukturiert dargestellt und beschrieben. Hierbei werden die Aspekte der generellen Vorbereitung des Fahrzeuges und der mobilen Messtechnik erörtert, sowie die Anforderungen an die Testvorbereitungen, Konditionierung des Fahrzeuges, der eigentliche Testdurchlauf und die Testnachbereitung aufgezeigt.
Frank Bunar, Elisa-Maria Moser, Roland Wanker

4. Datenauswertung und Bewertung

Zusammenfassung
Dieses Kapitel beschreibt den detailliert den generellen Ablauf und die einzelnen Schritte der Datenauswertung für eine RDE Fahrt. Der Schwerpunkt liegt auf der Erklärung und der Diskussion der Normalisierungsverfahren, der „Moving Average Window“ Methode sowie der „Power Binning“ Methode.
Abschließend werden sämtliche Elemente, welche für eine finale Bewertung und Dokumentation einer RDE Fahrt benötigt werden erläutert. Die Vorgangsweise für Fahrzeuge mit periodisch regenerierenden Abgassystemen wird beschrieben. Die Aspekte der Veröffentlichung der RDE Testergebnisse werden erklärt.
Roland Wanker, Frank Bunar, Elisa-Maria Moser

5. RDE-Messtechnik

Zusammenfassung
Im Kapitel Messtechnik wird werden die Anforderungen an die RDE Messtechnik („PEMS Systeme“) im Kontext zur Messtechnik an Rollenprüfständen erläutert. Es wird auf Anforderungen, welche sich aus der Prüfumgebung „Straße“ ergeben eingegangen, zusätzlich werden die Anforderungen aus der RDE Gesetzgebung erläutert. Die Unterschiede in den technischen Umsetzungen der im Markt erhältlichen Systeme werden erläutert und diskutiert. Die gesetzlich geforderte Validierung der PEMS Systeme für jeden einzelnen Aufbau auf einem Fahrzeug wird erklärt, die Herausforderungen werden diskutiert.
Abschließend wird die Funktion der PEMS Systeme anhand von Ergebnissen für eine RDE Straßenfahrt sowie für eine Bergfahrt demonstriert.
Roland Wanker, Michael Arndt, Elisa-Maria Moser

6. RDE-Konzepte Personenkraftwagen

Zusammenfassung
Dieses Kapitel beschäftigt sich im einleitenden Teil mit grundlegenden Aspekten der konzeptionellen Entwicklung von Antrieben unter RDE-Gesichtspunkten. Hierbei sind zu nennen:
• Einflussfaktoren zwischen Laborprüfstand und öffentlichen Straßen
• Auswirkungen der RDE-Testbedingungen auf die NOx-Emissionen
• Anforderung an die Robustheit des RDE-Technologiepaketes
• Zielvorgabe für die NOx-Emissionen
• Wirksamkeit des benötigten RDE-Technologiepaketes
• Einfluss des Fahrzustandes auf die NOx-Endrohremissionen
• Beschreibung der Aufgabe für die Konzeptentwicklung
• Grundlegende Freiheitsgrade bei der RDE-Konzeptentwicklung.
Im Anschluss werden die Technologiebausteine für Dieselmotoren, Ottomotoren, der jeweiligen Abgasnachbehandlungstechnologien sowie der Elektrifizierung vorgestellt und näher erläutert. Hierbei liegt der Fokus bei Dieselmotoren auf den Stickoxidemissionen und bei den Ottomotoren auf den Partikelemissionen. Ergänzend erfolgt die Beschreibung wesentlicher Aspekte bei der Definition von Gesamtsystemen und der angepassten Entwicklungsmethodik.
Frank Bunar, René Berndt, Friedemann Schrade, Michael Baade

7. Vorgehensweise bei der Applikation

Zusammenfassung
Die sichere Beherrschung der Schadstoffemissionen unter Real Driving Bedingungen stellt in Verbindung mit der gleichzeitig erforderlichen Absenkung der CO2-Fleet-Average- Werte die Herausforderung für die Entwicklung neuer verbrennungsmotorischer Antriebssysteme dar. Daraus ergeben sich neben den hohen Anforderungen an Hardware, Software und Messsysteme auch sehr hohe Anforderungen an die Kalibrierung und Validierung der zuständigen Steuergeräte des Gesamtsystems und deren optimale Interaktion. Die Applikationsqualität, insbesondere im RDE-Emissionskontext, wird an der Ergebnisrobustheit gegenüber Quereinflüssen im Real-World-Kundenbetrieb gemessen. Die dafür notwendigen Methoden und Prozesse werden im Kontext der Kalibrierungshauptaufgaben in der Serienapplikation von Personenkraftwagen mit Diesel- und Ottomotoren und dafür genutzten Prüfumgebungen in diesem Kapitel beschrieben.
Boris Bunel, Markus Grubmüller, Helmut Jansen, Khai Vidmar

8. RDE-Konzepte Nutzfahrzeuge

Zusammenfassung
Im ersten Abschnitt dieses Kapitels werden die derzeit geltenden und zukünftig zu erwartenden gesetzlichen Rahmenbedingungen dargestellt. Dabei wird auf die Emissions-Grenzwerte, die Definition der Fahrzeugklassen und die definierten Randbedingungen zur Überprüfung der Realfahremissionen eingegangen. Nachfolgend werden die sich daraus ergebenden Anforderungen an die Entwicklung und Kalibrierung von Motor und Abgasnachbehandlung und Regelung der Abgasnachbehandlung kurz erläutert. Speziell die Themen Robustheit und der wirtschaftliche Betrieb des Fahrzeuges (Total Cost of Ownership) stellen für die Nutzfahrzeuganwendung eine besondere Herausforderung dar. Die große Anzahl der Einflussfaktoren stellt die Entwickler vor Herausforderungen hinsichtlich der Entwicklungsmethodik. Im letzten Abschnitt wird der Vorteil einer neuen modellbasierten Entwicklungsmethodik vorgestellt um ein robustes Gesamtsystem sicherzustellen und die Kosten bis zum Einsatz im Feld zu bewerten.
Lukas Walter, Gernot Graf

9. Immissionen

Zusammenfassung
Die Luftbelastung aus der NOx - und PM-Emission des Verkehrs werden dargestellt. Dabei zeigt sich, dass die PM10 Immission inzwischen nur noch marginal vom Verbrennungsprozess in den Fahrzeugemotoren abhängt. Bei geeigneter Motoranpassung und Abgasnachbehandlung kann die NOx-Belastung durch den Verbrennungsmotor ebenfalls vernachlässigt werden.
Helmut Tschöke

10. Reale gesundheitliche Gefährdung durch Feinstaub und NO2

Zusammenfassung
Die Grenzwerte für Feinstaub und NO2 fußen praktisch alle auf epidemiologischen Studien, wobei Gebiete mit unterschiedlicher Schadstoffkonzentration verglichen werden. Dabei findet sich fast immer konstant eine geringe Risikoerhöhung für zahlreiche Erkrankungen um wenige Prozent. Andere Einflussfaktoren wie Rauchen, Begleiterkrankungen, Alkoholkonsum, Übergewicht usw. liegen als Störfaktoren oft hundertfach darüber. Damit kann die eigentliche Zielgröße nicht mehr zuverlässig erfasst werden. Viel wahrscheinlicher ist die unterschiedliche Lebensweise zwischen den untersuchten Regionen. Zudem gibt es keine biologisch plausible pathophysiologische Hypothese wie denn NO2 oder der zumeist umweltbedingte Feinstaub diese zahlreiche Erkrankungen auslösen soll.
Die stärkste Falsifikation dieser Studien ist jedoch das Inhalationsrauchen. Hier liegen die Konzentrationen für Feinstaub ca. 1 Million und für NOx ca. 10.000 fach über dem Grenzwert. Wären die Daten der epidemiologischen Studien korrekt, so müssen die meisten Raucher nach wenigen Monaten versterben.
Dieter Köhler

11. Ausblick

Zusammenfassung
Wichtige weiterführende und zu erwartende Aspekte werden diskutiert. Im ersten Teil werden die wesentlichen Inhalte des RDE-Paketes IV vorgestellt und kurz erläutert. Somit wird dem Leser die Möglichkeit gegeben, den zum Zeitpunkt des Redaktionsschlusses aktuellen, jedoch nicht abgeschlossenen Prozess der RDE-Gesetzgebung in seiner geplanten Fortführung zu begleiten.
Weiterhin erfolgt ein technologischer Ausblick der möglichen Systemansätze zukünftiger Antriebskonzepte zur Realisierung von Konformitätsfaktoren für NOx (CF < 1,5) und für PN (CF < 1,5). Es werden die langfristigen systemischen Anforderungen an zukunftsfähige Dieselmotoren unter Realfahranforderungen diskutiert. Hierbei werden die Themen: lokal emissionsfreies Fahren, CO2-Lebenszyklus-Emissionen, Fahrdynamik/Leistung sowie Systemkosten betrachtet.
Abschließend erfolgt eine kompakte Einordnung des aktuellen Standes der RDE-Gesetzgebung in den internationalen Kontext. Hierbei wird der Stand der Verbreitung der RDE-Gesetzgebung in ausgewählten Industriestaaten, mit Nähe zur Europäischen Gesetzgebung, wie China, Indien, Japan und Korea dargelegt. Zusätzlich erfolgt eine kurze Gegenüberstellung zur nordamerikanischen Tier 3- und LEVIII-Gesetzgebung.
Frank Bunar, Elisa-Maria Moser

Erratum zu: Real Driving Emissions (RDE)

Der ursprüngliche Buchtitel „Real Drive Emissions (RDE)“ wurde geändert in „Real Driving Emissions (RDE)“.
Die Korrektur wurde auf dem Umschlag vorgenommen sowie auf den Seiten III, VII, 95 und in der Quellenangabe am Fuß der Kapitelanfangsseiten.
Helmut Tschöke

Backmatter

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