Real Driving Emissions

Die Erweiterung der europäischen Abgasgesetzgebung um Realfahrtests auf öffentlichen Straßen mit mobilen Emissionsmesssystemen stellt die Fahrzeug- und Antriebsstrangentwicklung vor große Herausforderungen. Die Hinzunahme der öffentlichen Straße, als komplexes, unvorhersehbares und kaum reproduzierbaren Testgelände erhöht den Kalibrieraufwand sowie die Aufwand zur Absicherung der Konformität erheblich. Methodische Anpassungen an bestehenden Entwicklungsverfahren sind unumgänglich, um eine frühzeitige Entwicklungsumgebung sowie Konformität bzgl. der Real Driving Emissions (RDE) zu ermöglichen. Das VKM bearbeitet und untersucht bereits seit 2006 Realfahremissionen und seit 2014 mit Weitsicht RDE-Fragestellungen. Dazu zählen u.a. die methodische Erweiterung von RDE-Entwicklungsprozessen, die Untersuchung des Übertrages von Testumfängen von der Straße auf den XiL-Prüfstand (Road to Rig), Verbrauchs- und Emissionsuntersuchungen konventioneller und elektrifizierter Fahrzeuge im Straßenverkehr und am Prüfstand sowie die Erforschung zukünftiger Messtechnik für den Straßeneinsatz.

Methodikentwicklung

  • Entwicklung von Most-Relevant-Testszenarien
  • Multikriterielle Optimierung mit Design-of-Experiment
  • Hybrid-Betriebsstrategieentwicklung

Fahrzeugvermessung

  • Straßentest mit PEMS System
  • Untersuchung des Fahrereinflusses
  • Statische Auswertung des Fahrbahneinflusses
  • Messung der Hintergrundschadstoffkonzentration

Versuchsübertrag Straße – Prüfstand

Übertrag Road2Rig:

  • Streckendigitalisierung (Route Generator/Converter)
  • Thermomanagement und thermischer Übertrag
  • Übertrag des Fahrerverhaltens

RDE-Toolkette am Prüfstand

  • Anwendung an Light Duty- und Heavy Duty-Motorprüfstand (EiL) und Rollenprüfstand (ViL)
  • Echtzeitsimulation von Fahrzeug, Fahrer, Umgebung und Verkehr
  • RDE-Abgasemissionsmessung und Testauswertung
  • Applikation und Optimierung von Abgasnachbehandlungssystemen
  • SCR-Applikation und Dosierstrategieentwicklung
  • Optimierung des DeNOx-Betriebs: stationär und transient
  • Alterungseffekte unter RDE-Bedingungen

RDE-Versuchsdatenmanagement

  • Statistische RDE-Auswertung und Postprocessing
  • Flottenauswertung und -testmanagement

Messtechnikentwicklung

  • Mobile Abgasmesstechnik CompactPEMS

Aktuelle und abgeschlossene Forschungsprojekte:

  • Nutzfahrzeughybridisierung mit elektrifiziertem Sattelauflieger evTrailer
  • Forschungsprojekt zum thermischen Übertrag
  • Forschungsprojekte zum RDE-Übertrag Straße -> Rollen-/Motor-Prüfstand
  • Identifikation realen Fahrerverhaltens und Übertrag unterschiedlicher Fahrertypen in die simulative Realfahrumgebung

Emission Control

Der Großteil zukünftiger Antriebskonzepte wird weiterhin eine verbrennungsmotorische Komponente beinhalten. Die Entwicklung effizienter Abgasnachbehandlungssystemen ist dabei ein essentieller Baustein der Antriebsentwicklung. Aus diesem Grund forscht das VKM stetig an Emissionsminderungsmaßnahmen hinsichtlich der Partikelentstehung und Filterung, Stickoxidminderungsmaßnahmen verschiedener Technologien, wie motorische Maßnahmen und Katalysatorsysteme unterschiedlicher Systematiken vor und nach dem Turbolader.

Katalysatoruntersuchung

Die Wirkweise von Katalysatoren wird durch verschiedene Einflüsse beeinträchtigt, welche sich unter anderem aus den Umgebungsbedingungen oder dem Katalysatoraufbau ergeben. Daher werden vom VKM Untersuchungen in den folgenden Gebieten durchgeführt:

Nutzungsprofile

Die Bewertung und Optimierung von Emissionen ist nicht nur vom Motor abhängig. Eine wichtige Einflussgröße auf die angepasste Optimierung und Entwicklung von Abgasnachbehandlungssystem ist die Nutzung der Motoren und die dadurch unterschiedlichen Lastprofile. Wir am VKM befassen uns daher mit folgenden Bereichen:

  • PKW
  • NFZ
  • Off-Highway
  • Stationäraggregate

DeNOx-Untersuchung

Der Einsatz von verschiedenen DeNOx-Systemen ist ein fester Bestandteil, da sie maßgeblich zur Einhaltung der gesetzlichen Abgasgrenzwerte beitragen. Zur Optimierung der NSC- und SCR-Systeme werden am VKM daher Untersuchungen in folgenden Bereichen durchgeführt:

NOx-Speichertechnologien:

  • Aktiv regenerierbare NOx-Speichersysteme
  • Passive NOx Speichersysteme

SCR-Technologien:

  • NH3-Speicherverhalten
  • Dosierstrategie
  • Doppeldosierungen
  • Light-Off-Verhalten

Partikeluntersuchung

Zur Untersuchung der Entstehungsmechanismen von Partikeln bei der motorischen Verbrennung werden am VKM einerseits Modelle zur simulativen Bestimmung der Partikelbildung untersucht und anderseits am Motorenprüfstand Untersuchungen des Verbrennungsablaufs mit unter anderem optischen Messgeräten durchgeführt:

  • Partikelmodell
  • Brennraumuntersuchung

Kraftstoffe

Die Auswahl des Kraftstoffs beeinflusst die entstehenden Emissionen und somit auch die Art der anzuwendenden Abgasnachgebehandlungssysteme. Am VKM werden Untersuchungen mit folgenden Kraftstoffen durchgeführt:

  • OME
  • Otto
  • Diesel
  • H2
  • Fuel Cell
  • CNG

Partikelfilteruntersuchung

Heutzutage finden Partikelfilter in fast allen Serienfahrzeugen Anwendung, um die Luftqualität in den Städten zu verbessern. Die Untersuchungen der Partikelfilter bei verschiedenen Fahrsituationen und Umgebungsbedingungen wird am VKM sowohl an den Motorenprüfständen als auch auf der Straße durchgeführt:

  • DPF
  • GPF
  • Regenerationsstrategie
  • Einfluss Abgasgegendruck
  • Beschichtung
  • Partikelgrößenverteilung und –zählung
  • Extraktion SOF/INSOF

Prüfstände, Fahrzeuge und Messtechnik

Das Institut VKM kann hierbei auf unterschiedliche Möglichkeiten für Emissionstest zurückgreifen. Wir betreiben 12 Motorenprüfstände, ein E-Mobility Center zur Vorbereitung von Fahrzeugen für RDE-Fahrten sowie ein Fahrzeug für alternative Kraftstoffe:

Aktuelle und abgeschlossene Forschungsprojekte:

  • Vorturbolader Katalysatoren (DOC und/oder SCR-Systeme) BMWi-Projekt – DESIRE
  • FVV-Projekt Partikelbildung bei DI-Ottomotoren – Systemische Analyse der Partikelbildung an Ottomotoren
  • FVV-Projekt CFD-Partikelemissionsanalyse – Experimentell-numerische Wirkkettenanalyse der Partikelbildung bei RDE-relevanten hochtransienten motorischen Prozessen
  • SubZero – Emissionsreduzierung auf ein Level gleich dem oder kleiner als das Umgebungsniveau
  • FVV-Projekt Emission Control 2025+
  • FVV-Projekt ICE 2025+ – Nutzung der Grenzen des Wirkungsgrads von Verbrennungsmotoren in einem optimierten Hybridantriebsstrang zur Minimierung der Treibhausgasemissionen