Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forschung am sauberen Dieselmotor: Stickoxidemissionen und Verbrauch senken

07.10.2015

Die Entwickler von Dieselmotoren stehen vor einem Zielkonflikt: Viele Maßnahmen, die die Stickoxidemissionen verringern, führen zu einer spürbaren Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs. Auf der Herbsttagung der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) e.V. in Würzburg stellten Wissenschaftler neue Ansätze vor, mit denen beide Ziele zu vereinen sind.

Um die Schadstoffbilanz von Dieselmotoren weiter zu verbessern, muss nicht nur die Abgasreinigungsanlage perfekt funktionieren. Ziel der Motorenentwickler ist es, bereits die Rohemissionen im Motor zu verringern.

Neben konstruktiven Maßnahmen spielt dabei die Steuerung des Motors eine entscheidende Rolle. Es gilt, verschiedene variable Systeme so zu steuern, dass die gesetzlichen Abgasgrenzwerte sicher eingehalten werden, der Motor aber gleichzeitig so wenig Kraftstoff wie möglich verbraucht.

Drei der wichtigsten, voneinander nicht unabhängigen Einflussgrößen bei einem typischen Pkw-Dieselmotor sind der Einspritzbeginn, die Menge des in den Zylinder zurückgeführten Abgases sowie die Bewegung der Luft im Zylinder, die zum Beispiel über die Zu- oder Abschaltung eines Einlasskanals beeinflusst werden kann. Wissenschaftler der ETH Zürich berichteten über die Ergebnisse eines FVV-Vorhabens, mit denen die Regelung dieser Größen künftig wesentlich flexibler gestaltet werden könnte.

Der wesentliche Kniff der Motorenforscher besteht darin, den Verbrennungsvorgang im Motor anhand des sogenannten Heizverlaufes zu berechnen und den Motor anhand der Ergebnisse dieser Rechnung zu steuern. Heutige Motoren sind dafür auf den Input physikalischer Schadstoffsensoren – etwa zur Bestimmung des NOx-Gehaltes im Abgas – angewiesen.

„Zwar könnte unser Rechenmodell auf solche Sensoren verzichten. Wir wollen die realen Sensoren aber nicht ersetzen, sondern lediglich durch ein virtuelles Sensornetzwerk ergänzen“, erläutert Prof. Dr. Konstantinos Boulouchos, Institut für Energietechnik. Gemeinsam mit den Regelungstechnikern der ETH Zürich untersuchte sein Team, wie gut die Berechnung mit der Realität übereinstimmt.

Das Ergebnis: Auch für dynamische Testzyklen wie den WLTC (World Light-Duty Test Cycle), über dessen Einführung derzeit diskutiert wird, stimmen kumuliert die berechneten mit den tatsächlichen Emissionswerten überein.

Eine schnellere Motorregelung könnte in der Zukunft auch ein weiteres Problem moderner Dieselmotoren lösen: Der Verbrennungsprozess ist sehr dynamisch – wichtig dafür, dass das Fahrzeug sofort reagiert, wenn der Fahrer auf das Gaspedal tritt. Physische Sensoren, die die Rohemmisionen erfassen, reagieren stets mit einer Verzögerung von bis zu zwei Sekunden auf die Änderung des Motorbetriebszustandes. Hinzu kommt die Trägheit der Systeme zur Abgasnachbehandlung. Dadurch kommt es kurzzeitig zu erhöhten Emissionen. „Wir sind zuversichtlich, mit modernen Regelungsmethoden diese Latenzzeit etwa halbieren zu können“, sagt Boulouchos.

Nicht nur in Europa, sondern auch in Japan wird intensiv daran geforscht, wie die Emissionen des Dieselmotors weiter verringert werden können. So stellte Professor Dr. Jin Kusaka von der Waseda University in Tokio aktuelle Forschungsschwerpunkte der Forschungsvereinigung AICE (Research Association of Automotive Internal Combustion Engines) vor. Auch hier sucht man nach Wegen, die Regeneration des Partikelfilters exakter zu steuern.

Da für jeden Reinigungsvorgang zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt wird, kann eine exakte Kenntnis des tatsächlichen Beladungszustandes über die Lebensdauer des Fahrzeugs zu erheblichen Verbrauchseinsparungen führen. Sowohl für Oxidations- als auch für SCR-Katalysatoren werden Konzepte untersucht, die bei geringeren Temperaturen funktionieren.

Dies ist wichtig, um die nach einem Kaltstart stets erhöhten Emissionen zu verringern. Ein weiterer Ansatz besteht darin, die Ablagerungen, die im Motor durch die Abgasrückführung entstehen, zu reduzieren. Dies würde es erlauben, dauerhaft mit höheren Abgasrückführraten zu arbeiten – die Temperaturabsenkung, die daraus resultiert, führt im Motor zu geringerer NOx-Bildung.

Die erst 2014 gegründete Forschungsvereinigung AICE ist eine der FVV ähnliche Organisation der japanischen Fahrzeughersteller. Dietmar Goericke, Geschäftsführer der deutschen Forschungsvereinigung FVV betont: „Dass sowohl bei uns als auch in Japan so intensiv am Dieselmotor geforscht wird, zeigt das Potenzial, das in diesem Verbrennungs-prinzip steckt. Der Dieselmotor ist für mobile Anwendungen der klimafreundlichste Antrieb. Mit weiterer Forschung wird es möglich sein, die Emissionen auch im realen Straßenverkehr noch einmal deutlich abzusenken.“

Weitere Informationen:

http://www.fvv-net.de

Petra Tutsch | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht rollFEED® Turning auf EMAG Maschinen: Tempomacher für die Drehbearbeitung
17.10.2017 | EMAG GmbH & Co. KG

nachricht Schuler-MSC2000-Dual-Servopresse am Fraunhofer IPT für Werkzeugtests und Entwicklungsprojekte
17.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Seminar zur angewandten Versuchsmethodik und Lebensdauererprobung

18.10.2017 | Seminare Workshops

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

17.10.2017 | Informationstechnologie