Weniger Emissionen bei geringem Kraftstoffverbrauch

Mit der neuen Real-Driving-Emissions( RDE)-Richtlinie ist erstmals ein Prüfprozess für die Einhaltung der Schadstoffe im Alltagsverkehr auf der Straße definiert. Die Herausforderung dabei: Gegenüber dem bisherigem Prüfprozess müssen deutlich mehr Faktoren, die Einfluss auf das Emissionsverhalten des Fahrzeugs nehmen – zum Beispiel Fahrstil und Wetter – berücksichtigt werden. Die Einflüsse sind derart vielfältig, dass die Auswirkungen für Entwicklungsingenieure bei der Applikation von Dieselmotor und Abgasnachbehandlungssystem kaum noch vorhersehbar sind. Abhilfe schafft eine neue übergeordnete Softwarearchitektur von IAV. Sie optimiert kontinuierlich das Zusammenwirken der Motor- und Abgassystemfunktionen unter allen Fahrbedingungen.

Damit unterscheidet sich der neue IAV-Ansatz von bisherigen Konzepten. In diesen wurden die motorische Regelung und die Regelung des Abgassystems in unterschiedlichen Softwaredomänen realisiert. Die Aufgabe der Applikationsingenieure bestand dann darin, beide Domänen bestmöglich aufeinander abzustimmen. Aufgrund des enormen Testaufwandes und der vielfältigen Betriebsbedingungen ist es mit dieser Vorgehensweise nicht möglich, alle im realen Fahrbetrieb auftretenden Systemzustände daraufhin zu optimieren. Hier setzt die neue Regelungsstrategie von IAV an. Sie sichert auch für alle während der Entwicklung nicht vorhersehbaren Fahrbedingungen die Emissionseinhaltung bei gleichzeitig geringstmöglichem Kraftstoffverbrauch ab.

„Einfach gesagt programmieren wir das Ingenieurswissen in das Steuergerät“, erklärt Enrico Neumann, Team Manager Control Innovations bei IAV. Während des Betriebs stimmt die neue Softwarearchitektur von IAV die Parameter des Motors und der Abgasnachbehandlung ständig aufeinander ab. Dazu vergleicht das Managementsystem die Ist-Stickoxidemissionen am Abgasendrohr kontinuierlich mit dem Soll-Wert. Die übergeordnete Steuerung stellt dann sicher, dass alle technisch möglichen Hebel bedient werden, um die Stickoxidemissionen zu minimieren. Motor- und Abgasnachbehandlungssystem werden auf diese Weise zu jedem Zeitpunkt und unter allen Bedingungen so effektiv wie technisch möglich betrieben. Neumann: „Unser Bezugspunkt ist dabei der gesetzliche Emissionsgrenzwert. Sollten Motor- und Abgassystem darüber hinaus Reserven für weitere Optimierungen im Zusammenspiel von Verbrauch und Schadstoffausstoß bieten, nutzen wir die verbleibenden Freiheiten für zusätzliche Verbesserungen.“ Das Managementsystem realisiert eine Schadstoffkontrolle und -minimierung unter allen Bedingungen, egal ob im Test- oder im realen Kundenbetrieb.

Das neue Emissionsmanagementkonzept kommt dabei ohne aufwendige zusätzliche Hardware aus, als Input reichen dem System die Signale der ohnehin bei modernen Euro- 6-Fahrzeugen vorhandenen Stickoxidsensorik. Auch entsteht so gut wie kein zusätzlicher Kalibrieraufwand, da bei der Applikation im Gegenzug spezielle Betriebsstrategien, wie sie heute beispielsweise für das Aufheizen und Warmhalten des Katalysators notwendig sind, überflüssig werden. Allerdings ist ein ausgeprägtes Systemverständnis notwendig, um die einzelnen Motor- und Abgasfunktionen mit ihren technischen Möglichkeiten und Grenzen richtig in den übergeordneten Koordinator zu implementieren.

In Simulationsuntersuchungen hat IAV eine deutliche Einengung der Streubreite der Stickoxidemissionen unter realen Fahrbedingungen ermittelt, sprich, der reale Schadstoffausstoß lässt sich im laufenden Betrieb viel genauer einstellen und überwachen. „Damit kann das vorhandene Potenzial der verbauten Hardwarekomponenten effektiver ausgenutzt und eine kosten- und gewichtstreibende Überdimensionierung von Bauteilen verhindert werden“, so Neumann. Die Simulation zeigte zudem eine mögliche Reduktion der Gesamtstickoxidemissionen von bis zu 30 Prozent unter realen Fahrbedingungen. Als nächster Entwicklungsschritt sind Tests auf dem Motorprüfstand mit einem Versuchsmotor vorgesehen. Seine Umsetzung ist noch im Laufe des Jahres 2018 geplant.