Autor: Johannes Hipp

Die Attraktivität des Dieselmotors als Antriebsquelle der individuellen Mobilität ist in seinem hohen Wirkungsgrad begründet. Vor diesem Hintergrund und den damit einhergehenden niedrigen Abgastemperaturen steigen die Herausforderungen an die Abgasnachbehandlungskonzepte. Die vorliegende Arbeit adressiert den Zielkonflikt von Emissionen und einem energieeffizienten Antrieb durch das optimierte Zusammenspiel von den Einzelkomponenten in einem hybridisierten Dieselantriebsstrang. Der Kaltstart und der urbane Betrieb stellen den Forschungsschwerpunkt dar. Die experimentellen Untersuchungen zielen auf eine Optimierung des Dieselmotorantriebsstrangs im Kontext einer zukünftigen „Near-Zero-Emission“ Anwendung ab. Dabei liegt der Fokus der Untersuchungen auf einem Abgasnachbehandlungssystem vor dem Abgasturbolader. Durch die Verlagerung von Katalysatoren zur NOx-Minderung vor die Turbine des Abgasturboladers wird das deutlich höhere Temperaturniveau des Abgases für eine höhere katalytische Schadstoffumsetzung genutzt. Zusätzlich wird der Dieselmotor in den Kontext einer 48 V Hybridisierung mit einer elektrischen Zusatzaufladung gesetzt, die Dynamikeinbußen durch das Abgassystem kompensiert. Die Optimierung des Stickoxidumsatzes wird vor dem Hintergrund der Einhaltung zukünftiger Emissionsgrenzwerte im realen, insbesondere urbanen Fahrbetrieb untersucht. Das Gesamtsystem wird unter den Kriterien der Dynamik, der Energie und dem Schadstoffumsatzverhalten im WLTC und auf realen Routen im teilvirtuellen Antriebsstrang untersucht und bewertet. Vielversprechende Ergebnisse zeigen das große Potenzial des Pre-Turbo-DeNOx-Systems für PKW-Anwendungen auf. Die Abgasanlagen, bestehend aus zwei untersuchten Katalysatorkonfigurationen mit AdBlue®-Dosierung vor dem Abgasturbolader, bestätigen gesteigerte Kaltstarteigenschaften mit einer zeitlich deutlich früheren Schadstoffkonvertierung nach dem Kaltstart. Im Rahmen der Arbeit wird auch die Versuchsmethodik mit dem Fokus auf einer dynamischen, thermisch repräsentativen Versuchsumgebung weiterentwickelt. Dazu wird am Engine-in-the-Loop Prüfstand die Abbildung der Fahrzeugladeluftkühlung unter thermischen und dynamischen Gesichtspunkten optimiert. Die daraus resultierende experimentelle Darstellung des teilvirtuellen Antriebsstrangs unter realen Randbedingungen lässt erste Schlüsse über das Systemverhalten in einer zukünftigen Fahrzeuganwendung zu.