WIRKUNGSVOLLE KOMBINATION

Erfüllung der strengsten EU-Emissionsgrenzwerte durch Kombination von NOX-Speicherkatalysator und SCR-System

1. Oktober 2015 | Engineering Service

Zur Einhaltung der kommenden EU-Emissionsvorschriften müssen die NOX-Emissionen von Personenkraftwagen mit Dieselmotoren unter verschiedenen  Randbedingungen auf einem sehr geringen Niveau gehalten werden. Ein zentrales Element zur Erfüllung dieser Anforderung ist eine äußerst effiziente NOX-Abgasnachbehandlung. Hyundai Motor Company (HMC) und FEV haben daher die Möglichkeiten eines kombinierten NOX-Abgasnachbehandlungssystems untersucht.

Abgasnachbehandlungssystem und Versuchsfahrzeug

Das in dieser Studie untersuchte Abgasnachbehandlungssystem besteht aus einem motornahen NOX-Speicherkatalysator (NSK), der direkt am Turboladeraustritt angebracht wurde, gefolgt von einem SCR-beschichteten Dieselpartikelfilter (SDPF). Ein wassergekühlter AdBlue®- Injektor mit einem maximalen Einspritzdruck von 50 bar wurde zwischen NSK und SDPF eingebaut. Im vorderen Kegel des SDPF wurde ein Mischer integriert. Ein weiterer SCR-Katalysator im Unterboden verhindert NH3-Schlupf. Dieses Abgasnachbehandlungssystem wurde in einem Hyundai Santa Fe SUV mit 2,2 Liter-Dieselmotor und Sechsgang-Automatikgetriebe installiert. Das Aggregat ist mit einer gekühlten Hochdruck-Abgasrückführung (AGR) einschließlich AGR-Kühler-Bypass, einer Ansaugdrosselklappe und einem einstufigen  Turbolader  mit  variabler Turbinengeometrie ausgestattet.

Regelung

Um die Interaktion zwischen den NSK- und SCR-Komponenten zu steuern, wurden neue Abgasnachbehandlungsfunktionen entwickelt. Die wichtigsten Modifikationen der Regelung bestehen aus einem Scheibenmodell  für  den  NSK,  einem Ammoniak (NH3)-Modell zur Vorhersage des NH3-Massenstroms nach NSK sowie einen integrierten Statuskoordinator für das kombinierte NSK- und SCR-Nachbehandlungssystem.

RDE-Untersuchungen

Die Leistungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems wurde in einem ersten Schritt auf dem Rollenprüfstand in verschiedenen Zyklen wie dem WLTC, RTS95, FTP-75 und Highway Fuel Economy Test Cycle (HWFET) validiert. Die  NOX-Tailpipe-Emissionen wurden beim WLTC und sogar beim äußerst dynamischen RTS95 sicher unter dem EU6-Grenzwert gehalten. Auch die Ergebnisse von FTP-75 und HWFET zeigten sehr geringe Tailpipe-Emissionen. Mit einigen weiteren Verbesserungen der DeNOX-Strategie könnten sogar die SULEV30-Emissionsgrenzwerte erfüllt werden. Für zusätzliche RDE (Real Driving Emissions)- Untersuchungen kam ein Portable Emission Measurement System (PEMS) zum Einsatz. Bei den Fahrten auf der Straße konnten unter gleichmäßigen Fahrbedingungen sehr geringe    NOX-Konformitätsfaktoren zwischen 0,38 und 0,69 erreicht werden. Zusätzliche Tests mit dynamischen Beschleunigungen zeigten jedoch, wie empfindlich die  NOX-Emissionen auf unterschiedliche Verkehrs- und Fahrbedingungen reagieren. Dies verdeutlicht, dass eine sorgfältige Definition der Randbedingungen, unter denen die Emissionsvorschriften eingehalten werden müssen, zwingend notwendig ist. „Die Ergebnisse dieser Studie sind vielversprechend und zeigen, dass moderne hocheffiziente Dieselmotoren in Kombination mit äußerst effizienten Abgasnachbehandlungssystemen das Potenzial haben, auch unter realen Fahrbedingungen sehr geringe NOX-Tailpipe-Emissionen zu erreichen“, erklärt Joschka Schaub, Fachreferent für Pkw-Dieselmotoren bei FEV. Ein wesentlicher Vorteil des kombinierten Abgasnachbehandlungssystem mit NSK und SCR ist ein vergleichsweise niedriger AdBlue®-Verbrauch von 0,2 bis 0,5 l/1000 km, was die Notwendigkeit eines Nachtankens verhindern  könnte.

Vergleich vier verschiedener RDE-Tests

Vergleich vier verschiedener RDE-Tests

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