EMISSIONSPOTENZIALE EINES DIESEL-PLUG-IN- HYBRID ANTRIEBS

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EMISSIONSPOTENZIALE EINES DIESEL-PLUG-IN- HYBRID ANTRIEBS
­T iTelTHema­­H ybrIDISIeruNG

EMISSIONSPOTENZIALE
EINES DIESEL-PLUG-IN-
HYBRID ANTRIEBS

Die Verbrauchs- und emissionsvorteile des hybridisierten
Antriebsstrangs nutzen Hersteller bislang überwiegend in
Verbindung mit Ottomotoren. Die Verbrauchsverhältnisse
zwischen otto- und dieselmotorischen Antrieben verschieben
sich dadurch zunehmend. IAV hat daher das Potenzial eines
Diesel-Plug-in-Hybridantriebs zur Senkung von Verbrauch
und emissionen untersucht.

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EMISSIONSPOTENZIALE EINES DIESEL-PLUG-IN- HYBRID ANTRIEBS
AuTOreN          ­c Hancen­der­Hybridisierung

                                                               Die Hybridtechnik hat im Ottomotoren-
                                                               bereich den Serienreifegrad erreicht und ist
                                                               bei vielen Fahrzeugherstellern im Antriebs-
                                                               strangbaukasten eine Komponente zur
                                                               Wirkungsgradsteigerung. Neben den elekt-
                          ­d iPl.-ing.­maTTHias­diezemann­     rischen Antrieben gewinnt die Erweiterung
                                 ist Technologie-Scout des     des Hybridantriebs zu Plug-in-Hybrid-
                             Geschäftsbereichs Powertrain
                             Mechatronik im entwicklungs-
                                                               Elektrofahrzeugen (PHEV) an Bedeutung.
                                zentrum von IAV in berlin.     Die kürzlich vorgestellten Plug-in-Konzept-
                                                               fahrzeuge [1–3] belegen diesen Trend.
                                                                  Schon heute zeigen verschiedene Studien
                                                               eine Verschiebung des Endenergiebedarfs
                                                               vom Otto- zum Dieselkraftstoff in Europa
                                                               bis zum Jahr 2030. Hervorgerufen wird dies
                                                               durch den sinkenden Kraftstoffbedarf der
                            ­d iPl.-ing.­carsTen­Von­essen­    ottomotorischen Fahrzeuge mit Hybridi-
                           ist referent der bereichsleitung
                                                               sierung. Zusätzlich wird ein starker Anstieg
                           im Geschäftsbereich Powertrain
                             Mechatronik im entwicklungs-      des Nutzfahrzeugverkehrs angenommen,
                                 zentrum von IAV in berlin.    der zu einem Anstieg des Dieselkraftstoff-
                                                               bedarfs führt. Beide Einflüsse haben eine
                                                               weitere Verschiebung des Verhältnisses
                                                               von Otto- zu Dieselkraftstoff zur Folge.
                                                               Der steigende Dieselanteil bewirkt eine
                                                               Effizienzverschlechterung im Produktions-
                                                               prozess und wirkt sich negativ auf die
                                  ­d iPl.-ing.­mirko­leescH­
                                                               Preisentwicklung und CO2-Bilanz aus [4].
                         ist entwicklungsingenieur im Team
                                Konzepte und Synthese von      Eine weitere Hybridisierung des Diesel-
                              Getriebe- und Hybridsystemen     motors in Europa ist für die Stabilisierung
                                        von IAV in Chemnitz.   des Verhältnisses zwischen Otto- und Die-
                                                               selkraftstoff sinnvoll.
                                                                  Im Dieselmotorensegment gibt es tradi-
                                                               tionell einen Konflikt zwischen Partikel-
                                                               und NOx-Emissionen. Mit Einführung des
                                                               für Europa gesetzlich verbindlichen CO2-
                                                               Ziels von 95 g/km im Flottenmittelverbrauch
                                                               bis zum Jahr 2020 ist ein weiterer Konflikt
                                                               zwischen NOx- und CO2-Emisionen seitens
                                                               der Gesetzgebung hinzugekommen.
                                                                  Innermotorische Maßnahmen zur NOx-
                                                               Reduzierung führen in der Regel zu einem
                                                               deutlichen CO2-Anstieg. Hoch-AGR-Konzepte
                                                               weisen deutlich höhere Ladungswechsel-
                                                               verluste auf, späte Lagen des Verbrennungs-
                                                               schwerpunkts verschlechtern den inneren
                                                               Prozesswirkungsgrad und alternative Pro-
                                                               zessführungen wie HCCI/PCCI kombinie-
                                                               ren nach aktuellem Stand der Technik eine
                                                               Verschlechterung des Prozesswirkungs-
                                                               grads mit einem inakzeptablen Verbren-
                                                               nungsgeräusch des Dieselmotors.
                                                                  Die PHEV-Technologie kann den Motor
                                                               bei der innermotorischen Senkung der
                                                               NOx-Emissionen unterstützen und gleich-
                                                               zeitig die CO2-Emissionen des Fahrzeugs
                                                               im geforderten Maß senken. In der CO2-
                                                               Bilanz von der Energiequelle bis zum Rad

04I2012   73. Jahrgang                                                                               267
EMISSIONSPOTENZIALE EINES DIESEL-PLUG-IN- HYBRID ANTRIEBS
Titelthema Hybr idisi erung

am Fahrzeug (Well-to-wheel-Betrachtung)                                 lung des Fahrerwunschmoments zwischen             Die elektrische Maschine ist zwischen
hat der Energiemix des getankten Stroms                                 Verbrennungs- und E-Motor gelöst werden.       Verbrennungsmotor und Getriebe ange-
einen erheblichen Einfluss. Da der Gesetz-                              Die Laständerung wird über den E-Motor         ordnet und kann über eine Kupplung vom
geber die Emissionen nach dem Verursa-                                  vorgesteuert und der Verbrennungsmotor         Motor getrennt werden. Dadurch sind das
cherprinzip den Stromerzeugern zuschreibt,                              kann mit idealem Kraftstoff-Luft-Verhält-      elektrische Fahren, der Motorstart aus dem
schlägt sich dies nicht negativ in der Be­­                             nis langsam nachgeführt werden.                Fahrzeugstillstand und die elektrische
rechnung der CO2-Emissionen der PHEV                                                                                   Fahrt sowie die Energieeinspeisung bezie-
oder Elektrofahrzeuge nieder.                                                                                          hungsweise die Energiezurückgewinnung
                                                                        Plug-in-Hybrid-Technik
   Ein Großteil der NOx-Emissionen wer-                                                                                im verbrennungsmotorischen Betrieb
den beim Dieselmotor durch den instati­o­                               Auf Studien basierend ist für 80 % der         möglich. Für die Batterie kommen Li-Ion-
nären Betrieb verursacht. Die Ursache                                   Befragten eine durchschnittliche Tagesfahr-    Zellen zum Einsatz, die eine elektrische
liegt in den unterschiedlichen Totzeiten                                leistung in Europa von 50 bis 60 km und        Reichweite von 60 bis 70 km erlauben.
der Kraftstoff- und der Luftzufuhr in den                               im US-Raum von 60 bis 70 km akzeptabel
Brennraum. Eine Laständerung wird durch                                 [5]. Darüber hinaus hat sich in Kundenbe-
                                                                                                                       Neungang-Hybrid-­
den schnellen Kraftstoffpfad vorgesteuert.                              fragungen gezeigt, dass der Wunsch nach
                                                                                                                       Doppelkupplungsgetriebe
Das ideale Kraftstoff-Luft-Verhältnis für                               einer elektrischen Höchstgeschwindigkeit
minimale NOx-Emissionen wird verlassen                                  von 80 km/h für Überlandfahrten besteht.       Das verwendete Neungang-Hybrid-Dop-
bis der langsamere Luftpfad das ideale                                     Die Leistung der elektrischen Maschine      pelkupplungsgetriebe 9H-DCT450 von IAV
Kraftstoff-Luft-Verhältnis wieder eingere-                              und die Batteriekapazität sind für das Kon­­   ist für den Frontquer-Einbau konzipiert,
gelt hat. Dieses zeitliche Problem kann bei                             zept entsprechend dieser Anforderungen         ❶. Die Evolution der Ganganzahl von
einem Plug-in-Hybrid durch eine Auftei-                                 ausgewählt worden.                             sechs über sieben bis hin zu neun spiegelt
                                                                                                                       den Bedarf des wirkungsgradoptimalen
                                                                                                                       Betreibens der Verbrennungsmotoren zur
                                                                                                                       Erreichung der ambitionierten, zukünfti-
    Hochvolt-                                                                                       Synchronisierung
    anschluss                                                                                       H-I                gen CO2-Ziele wieder.
                                                                                                                           Entwickelt wurde das Getriebe für leis-
 Flüssigkeits-                                                                                                          tungsstarke Verbrennungsmotoren mit bis
     kühlung                                                                                        Synchronisierung
                                                                                                    G-F                 zu 215 kW Leistung, 450 Nm Drehmoment
                               Stator                                                                                   und 7500/min Nenndrehzahl. Durch diese
                                                                                                    Schaltstange        Auslegung kann es problemlos für diesel-
                               Rotor
                                                                                                                        und ottomotorische Anwendungen einge-
Kupplung K0                                                                                         Motor der           setzt werden. Um dem Trend der Mild- und
                                                                                                    Hydraulik-          Vollhybridanwendungen gerecht zu wer-
  Differenzial                                                                                      pumpen              den, ist in das IAV-Getriebe die elektrische
 Bauraum des                                                                                                            Maschine antriebsseitig integriert. Die per-
Schwingungs-                                                                                        Doppelpumpen-       manentmagneterregte Synchronmaschine
       tilgers                                                                                      system              bietet eine Dauerleistung von 30 kW und
Kupplung K2                                                                                                             ein Dauerdrehmoment von 300 Nm. Auf-
                                                                                                    Mechatronik-        grund der kompakten Baulänge von 368 mm
Kupplung K1                                                                                         modul
                                                                                                                        kann das Hybridgetriebe ohne weiteres
❶ Konstruktionsentwurf des IAV-Neungang-Hybrid-Doppelkupplungsgetriebes 9H-DCT450                                       aktuelle Kennungswandler mit sechs und
                                                                                                                        sieben Gangstufen ersetzen [6].
                                                                                                                           Zur Ermittlung von Verbrauchseinspar-
6-Gang-DKG                                      NEFZ               Artemis Autobahn           Artemis Stadt
(φ = 6,3)                                                                                                              potenzialen des IAV-Getriebes wurden
                                                 1,4 %                   1,9 %
                                                                                                                       ­vergleichende Zyklussimulationen eines
                                                         1,2 %                           0,7 %
                                                                         2,1 %                                          C-Segment-Fahrzeugs in Kombination mit
                                                                                         0,1 %
                                 5                                                                                      einem Dieselmotor und einem Sechs- res-
    Verbrauchseinsparung [%]

                                                                         4,4 %
                                                                                                                        pektive Siebengang-Doppelkupplungsge-
                                                12,8 %                                                                  triebe durchgeführt, ❷. Im verbrauchsre-
                               10                                                                 19,4 %
                                                                                                                       levanten neuen europäischen Fahrzyklus
                                                                                                                       (NEFZ) ist mit dem Neungang-Getriebe
                               15                                                                                      gegenüber dem Sechsgang-Getriebe eine
                                                                                                                       Kraftstoffreduzierung von 2,6 % erreich-
                               20       Konventionell              Hybrid (30 kW, 300 Nm)                              bar. Weitere 12,8 % sind durch den Ein-
                                           7-Gang-DKG (φ = 7,4)       9-Gang-DKG (φ = 10,0)                            satz der elektrischen Maschine erschließ-
                                           9-Gang-DKG (φ = 10,0)                                                       bar. Der Hybridvorteil ist deutlich am
❷ Verbrauchseinsparungspotenzial von Doppelkupplungsgetrieben mit unterschiedlicher Ganganzahl für ein                 städtischen Verkehr und der Nutzen
C-Segmentfahrzeug mit einem 120-kW-Dieselmotor                                                                         des erweiterten Spreizungsbereichs an

268
EMISSIONSPOTENZIALE EINES DIESEL-PLUG-IN- HYBRID ANTRIEBS
1. Elektrische Reichweite         2. Test mit hohem                   3. Test mit niedrigem              Hybrid-Betriebsstrategie
                                     Batterieladestand                   Batterieladestand

       : Testzyklus: NEFZ               : Testzyklus: NEFZ               : Testzyklus: NEFZ              Es sind im Verlauf der Studie verschie-
       : Messwert:                      : Messwert:                      : Messwert:                     dene Betriebsstrategien entstanden,
         elektr. Reichweite               CO2-Emissionen                   CO2-Emissionen                wobei für das Fahrzeug die Einhaltung
                                                                                                         der NOx-Emissionen von weniger als
                                                                                                         80 mg/km beziehungsweise der CO2-
                                  selektr km * x g/km + 25 km * y g/km                                   Emissionen un­­terhalb von 50 g/km im
                          CO2 =
                                          selektr km + 25 km                                             Vordergrund standen. Das Abgastempe-
                                                                                                         raturverhalten von Diesel-Plug-in-Hybrid-
❸ Ermittlung der CO2-Emissionen für Plug-in-Fahrzeuge nach ECE-Vorgabe [7]                               fahrzeugen ist in [8] umfangreich unter-
                                                                                                         sucht worden, die Erkenntnisse können
                                                                                                         auf dieses Konzept übertragen werden.
                                                                                                         Das rein dieselmotorisch betriebene Fahr-
der Autobahnfahrt des Artemiszyklus zu               Längsdynamiksimulation ­                            zeug mit Siebenganggetriebe wird als
erkennen.                                            mit Hilfe von stationären                           Basisvariante definiert.
                                                     ­M otorkennfeldern                                     Im Vergleich zur Basis ist im NEFZ das
                                                                                                         maximale CO2-Potenzial mit hohem Bat-
Li-Ion-Twinbatterie-Konzept
                                                     Der Dieselmotor für sich bietet eine                terieladestand rein elektrisch erschließ-
Um nennenswerte Strecken rein elektrisch             enorme Variantenvielfalt in der Art der             bar. Für diese Variante ist eine kurzzei-
zu fahren, weisen Plug-in-Hybride gegen-             verbauten Komponenten, um ein Konzept               tige Überbestromung der E-Maschine
über den Hybridantrieben ohne Ladefunk-              mit niedrigsten NOx-Emissionen (Euro 6)             notwendig. Diese Variante ist als Grenz-
tion eine größere Batterie auf die jedoch            zu realisieren. Als Basis für die hier ange-        fall zu betrachten. Weiterhin wurden zur
zugleich stärker belastet wird. Aus diesem           stellten Simulationsrechnungen ist ein ein-         Ermittlung der CO2-Emissionen mit
Grund wird hier ein Twinbatterie-Konzept,            stufig aufgeladener Vierzylindermotor mit           hohem Batterieladestand Varianten mit
bestehend aus zwei Li-Ion-Batterien, ein-            100 kW Leistung gewählt worden, der mit             unterschiedlich hohem rein elektrisch
gesetzt. Die High-Energy-(HE)-Batterie hat           Hoch- und Niederdruck-AGR ausgestattet              gefahrenem Zyklusanteil (eDrive-Reich-
eine Kapazität von 15 kWh und die High-              ist. Der Motor wurde stationär auf dem              weite) simuliert, um ein Gleichgewicht
Power-(HP)-Batterie hat eine Kapazität               Motorprüfstand in drei Motortemperatur-             aus erforderlicher E-Motor-Leistung und
von 1,5 kWh. Ein integrierter Lademana-              bereichen vermessen. Für die Längsdyna-             eDrive-Reichweite zu ermitteln. Hierbei
ger stellt ein Ladegleichgewicht von 10:1            miksimulation des Antriebsstrangs wurde             wurde die maximale, rein elektrisch
zwischen der HE- und der HP-Batterie ein,            die 0-D-Simulationssoftware Velodyn ver-            gefahrene Geschwindigkeit von 50 über
das heißt beim Laden wird die Energie                wendet. Das Motoraufheizverhalten ist im            80 und 95 auf 105 km/h erhöht, um das
kontinuierlich von der HP- zur HE-Seite              Modell berücksichtigt. Das Getriebe, der            Optimum zu ermitteln.
geleitet und beim Entladen in umgekehrter            E-Motor und die Batterie werden ebenfalls              Für den zweiten Abprüfungsfall mit
Weise. Dadurch kann die Gesamtbatterie               in Velodyn modelliert. Für die Betriebs-            niedrigem Batterieladestand wurden eben-
sowohl den Vorteil des schnellen Ladens/             strategie wird ein Hybrid-Betriebsarten-            falls verschiedene Strategien der Phlegma-
Entladens und den hohen Wirkungsgrad                 manager verwendet, ❹.                               tisierung simuliert [9], die im Wesentlichen
der langsamen Batterie nutzen.

Gesetzliche Vorgaben für
                                                     ❹ Toolkette für die Längsdynamik­
Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge
                                                     simulation bei IAV

Plug-in-Hybridantriebe werden bivalent
mit Kraftstoff und Strom betankt, deshalb
sind in der Europäischen Gesetzgebung für
                                                                                                                                    E-Maschinen-
sie eigene Prüfvorschriften entwickelt wor-                                                                                           Kennfeld
                                                                                                                     Getriebe-
den. Ein Kernelement ist dabei die Berech-                                                     Motorkennfeld         kennfeld
nung der CO2-Emissionen aus zwei Kalt-                                                        (kalt/warm/heiß)
start NEFZ-Durchläufen. Ein Durchlauf mit
hohem Batterieladestand (volle Batterie)                               Fahrzeugprototyp
und ein zweiter mit niedrigem Batteriela-                                  auf dem
destand (leere Batterie). Die Ermittlung der                           Rollenprüfstand
                                                                                                                                     Dynamische
CO2-Emissionen erfolgt gemäß der Berech-                             Ziele der Optimierung:                                       Fahrzeugsimulation
nungsformel aus ❸. Die Grenzwerte für                                : NOx-Emissionen
                                                                     : CO2-Emissionen
die gesetzlich limitierten Emissionen (NOx/                          : Abgastemperatur                    Dynamische
HC/CO/Partikel) müssen in beiden Durch-                                                                Fahrzeugsimulation
                                                                                                       am Motorprüfstand
läufen einzeln eingehalten werden [7].

       04I2012        73. Jahrgang                                                                                                             269
EMISSIONSPOTENZIALE EINES DIESEL-PLUG-IN- HYBRID ANTRIEBS
Titelthema Hybr idisi erung

                                                                                                              Geschwindigkeit
                                                                                                        120                     wurden die Euro-6-Emissionsgrenzwerte
                                                                                                        80

                                                                                                                  [km/h]
                                                                                                                                mit dem D-Segmentfahrzeug unterboten
                                                                                                        40                      und ein Verbrauch von 6,65 l/100 km
                   2500                                                                                 0                       (176 g CO2/km) ermittelt.
                   2000
Drehzahl

                                                                                                                                   Exemplarisch sind die Verläufe der
[1/min]

                   1500
                   1000                                                                                                         Basis ohne Hybridisierung, ❻, und in der
                    500                                                                                 250                     Variante mit eDrive-Vmax = 80 km/h, ❼,

                                                                                                              Drehmoment
                                                                                                        150                     für die Abprüfung mit hohem Batteriela-

                                                                                                                 [Nm]
                                                                                                        50                      destand dargestellt. In ⑦ sind die rein
Abgastemperatur

                    400                                                                                 -50                     elektrisch gefahrenen Phasen des NEFZ in
   v. Kat [°C]

                    300                                                                                                         blau/grau gekennzeichnet. In den oran-
                    200
                    100                                                                                                         gen Bereichen wird der Verbrennungsmo-
                      0                                                                                 40
                                                                                                                                tor zugeschaltet.
                                                                                                        30

                                                                                                              mNOx
                                                                                                                                   In ❽ ist der Hybridbetrieb mit niedrigem

                                                                                                              [g/h]
                                                                                                        20
                                                                                                        10                      Batterieladestand dargestellt. Im unteren
                    800                                                                                 0                       Diagramm ist der Betrieb mit geteiltem
                    600
mCO
[g/h]

                                                                                                                                Drehmoment zwischen Verbrennungs- und
                    400
                    200                                                                                                         E-Motor aufgetragen. Der hohe Dynamik-
                      0                                                                                                         anteil des E-Motors beruhigt den Luftpfad
                                                                                                        60
                                                                                                                                des Dieselmotors und führt zu geringen
                                                                                                        40

                                                                                                              mHC
                                                                                                              [g/h]
                                                                                                        20                      Ausschläge in den NOx-Emissionen. Das
                                                                                                        0                       zweite Diagramm von unten verdeutlicht
                    1,4                                                                                                         über die in rot aufgetragene Drehzahl die
Lambda
 Abgas

                    1,2
                                                                                                                                Stopphasen des Verbrennungsmotors
                    1,0
                            0   100   200     300   400   500     600   700   800     900   1000 1100
                                                                                                                                (Stopp-Start-Funktion). Die NOx-Emissi­
                                                           NEFZ [s]
                                                                                                                                onen kumulieren sich für den NEFZ auf
                                                                                                                                65 mg/km und un­ter­schreiten somit sicher
 ❺ NEFZ-Fahrzyklusmessung am Motorprüfstand für die Basis mit Siebengang-Doppelkupplungsgetriebe                                den Euro-6-Grenzwert.
                                                                                                                                   In ❾ ist eine Übersicht der Ergebnisse für
                                                                                                                                die CO2-Emissionen dargestellt, wobei
                                                                                                                                für die eDrive-Varianten die kombinierten
 den Verbrennungsmotor in den Beschleu-                            Ergebnisse der                                               CO2-Emissionen (niedriger und hoher
 nigungsvorgängen unterstützen. Der hier-                          ­Fahrzyklussimulation NEFZ                                   Batterie­ladestand) dargestellt sind. Die
 bei verfolgte Ansatz soll eine Beruhigung                                                                                      Va­riante eDrive-Vmax = 105 km/h stellt ein
 des Luftpfads bei Laständerungen bewir-                           Der Abgleich der simulierten Basisvari-                      Optimum bezüglich rein elektrischer Reich­
 ken und somit die Motoremissionen aus                             ante mit einem Siebengang Doppelkupp-                        weite und CO2-Emissionen mit hohem
 transienten Laständerungen auf ein Mini-                          lungsgetriebe erfolgte anhand von Mes-                       Batterie­ladestand dar, jedoch wird dem
 mum reduzieren.                                                   sungen am Motorprüfstand, ❺. Hierbei                         E-Motor (Pnominal = 30 kW) in der Be­­
                                                                                                                                                         Geschwindigkeit

                                                                                                                                                  120
                                                                                                                                                             [km/h]

                                                                                                                                                  80
                                                                                                                                                  40
                  60                                                                                                                              0
mNOx [g/h]

                  40
                  20
                   0                                                                                                                              2500
                                                                                                                                                  2000
                                                                                                                                                         Drehzahl
                                                                                                                                                         [1/min]

                                                                                                                                                  1500
                                                                                                                                                  1000
                                                                                                              Verbrennungsmotor
                                                                                                              Verbrennungsmotor
                                                                                                                E-Motor                           500
                  250                                                                                                                             0
Drehmoment [Nm]

                  200
                  150
                  100
                   50
                    0                                                                                                                                     ❻ Simulationsergebnis
                  -50                                                                                                                                     für das Basisfahrzeug
                        0       100     200         300     400         500     600         700   800         900               1000    1100
                                                                                                                                                          mit Siebengang-Doppel-
                                                                          NEFZ [s]                                                                        kupplungsgetriebe

 270
EMISSIONSPOTENZIALE EINES DIESEL-PLUG-IN- HYBRID ANTRIEBS
Geschwindigkeit
                                                                                                                                      120

                                                                                                                                                  [km/h]
                                                                                                                                      80
Batterieladestand

                                                                                                                                      40
                    0,90                                                                                                              0
                    0,80
                    0,70
                    0,60                                                                                                              2500
                                                                                                                                      2000

                                                                                                                                              Drehzahl
                                                                                                                                              [1/min]
                                                                                                                                      1500

                                                                                                           Verbrennungsmotor          1000
                                                                                                           Getriebeeintritt           500
                     250                                                                                                              0
Drehmoment [Nm]

                     150
                      50
                     -50
                                                                                                           Verbrennungsmotor              ❼ Simulationsergebnis
                    -150
                                                                                                           E-Motor                        mit hohem Batterielade­
                    -250
                                                                                                                                          stand der Variante:
                           0     100        200       300   400        500      600      700      800      900      1000       1100       eDrive Vmax = 80 km/h
                                                                         NEFZ [s]

  schleunigung auf 100 km/h über 4 s eine                         gen eine deutliche NOx-Emissionsreduzie-       den, um die Abgasnachbehandlung aktiv
  Spitzenleistung von 43 kW abverlangt. Als                       rung von 17 % für den Hybridbetrieb.           zu unterstützen [8]. Die Plug-in-Hybrid-
  besten Kompromiss aus Praxistauglichkeit                           Das ambitionierte CO2-Ziel von 50 g/km      technik ist somit ein wichtiger Baustein
  und den CO2-Emis­sio­nen mit hohem Batte-                       kann bei dem untersuchten Fahrzeug durch       zur Erreichung zukünftiger Emissionsziele
  rieladestand zeigt sich die Variante eDrive-                    einen rein elektrischen Fahrbetrieb bis zu     und unterstützt den Dieselmotor in seiner
  Vmax = 80 km/h.                                                 einer Geschwindigkeit von 105 km/h             Eigenschaft als effizientester Pkw-Antrieb
     Um die CO2-Zielvorgabe von 50 g/km                           erreicht werden. Das CO2-Einsparpotenzial      am Markt.
  zu erreichen, kann entweder das Fahr-                           ist zum einen ein Kompromiss aus rein
  zeuggewicht für eDrive-Vmax = 80 km/h                           elektrischer Reichweite und Fahrzeugmehr-
                                                                                                                 Ausblick
  reduziert werden oder der E-Motor in                            gewicht und zum anderen aus Batterieka-
  seiner Spitzenleistung für eDrive-Vmax =                        pazität und Fahrzeugmehrkosten. Ein Die-       Ein Diesel-Plug-in-Hybrid ist aktuell eine
  105 km/h angepasst werden.                                      sel-PHEV ist in jedem Pkw-Segment für die      aufwendige Technologie mit einem hohen
                                                                  Euro-6-Emissionierung darstellbar. Die CO2-    Potenzial zu niedrigen Kraftstoffverbräu-
                                                                  Emissionen können deutlich gesenkt und         chen und Emissionen. Maßgebend für die
  Zusammenfassung
                                                                  das Anfahrverhalten verbessert werden.         Verbreitung sind die zukünftigen Fahrzyk-
  Die Hybridisierung ermöglicht es, durch                         Wirtschaftlich kann sich ein PHEV erst ab      len mit den jeweiligen Emissionsgrenzwer-
  Phlegmatisierung den Luftpfad deutlich                          dem C-Segment behaupten.                       ten. Gegenüber dem E-Antrieb wird der
  zu beruhigen und damit die transienten                             Gleichzeitig kann durch Lastanhebung        Diesel-Plug-in-Hybrid preiswerter bleiben
  Motoremissionen zu reduzieren. Die Er­­                         (Batterieladen) ein bedarfsgerechtes Ab­­      und zugleich in Leistung und Reichweite
  gebnisse der Simulationsrechnungen zei-                         gastemperaturmanagement betrieben wer-         überlegen sein. Im Vergleich zum Otto-Plug-

                                                                                        JETZT ONLINE-LESEPROBE STARTEN:
                                                                                         www.ATZonline.de/leseprobe/mtz

                       04I2012         73. Jahrgang                                                                                                             271
EMISSIONSPOTENZIALE EINES DIESEL-PLUG-IN- HYBRID ANTRIEBS
Titelthema Hybr idisi erung
Geschwindigkeit

                             120
                              80
    [km/h]

                              40
                               0                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       0,30

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              ladestand
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               Batterie-
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       0,25
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       0,20
                              60                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       0,15
                              40
mNOx
[g/h]

                              20
                               0                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       2500
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       2000

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Drehzahl
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              [1/min]
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       1500
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Verbrennungsmotor             1000
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Getriebeeintritt              500
                             250                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       0
Drehmoment

                             150
                              50
   [Nm]

                              -50                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Verbrennungsmotor                 ❽ Simulationsergebnis
                             -150                                                                                                                                                                                                                                                                                                        E-Motor                           mit niedrigem Batterie­
                             -250                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          ladestand der Variante:
                                    0          100              200                               300                              400                                        500                                    600                                     700                                    800                900                      1000       1100            Hybridbetrieb mit 7 Nm/s
                                                                                                                                                                                NEFZ [s]                                                                                                                                                                                   Phlegmatisierung

       in-Hybrid ist der zukünftige Verbrauchs-                                                                                            wird. Für zukünftige Abgasgesetzgebun-                                                                                                                                                           Literaturhinweise
       vorteil entscheident. Erste Simulationsrech­                                                                                        gen die im WLTP-Zyklus abgeprüft wer-                                                                                                                                                              [1] http://www.volvocars.com/at/top/about/­news-
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              events/pages/default.aspx?itemid=40
       nungen zeigen für vorläufige Varianten                                                                                              den ist eine Kombination aus aktiver De-                                                                                                                                                           [2] Toyota Prius als Plug-in-Hybrid, MTZ 70
       des WLTP-Zyklus [10, 11], dass eine Ver-                                                                                            NOxierung und PHEV-Technologie ab                                                                                                                                                                  (2009) Nr. 11
       schiebung der Antriebsleistung vom Ver-                                                                                             dem D-Segment aus Kosten/Nutzen Sicht                                                                                                                                                              [3] http://www.automobilwoche.de/article/
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              20110222/REPOSITORY/110229985/1056/­
       brennungsmotor zum E-Motor notwendig                                                                                                zu erwarten.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              REPOSITORY/porsche-ab-2015-alle-modelle-
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              mit-plug-in-hybrid
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              [4] Dena-Studie 2011: Bedarf und Produktion
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              von Mineralöl im künftigen Energiemix
                             200                                                                                                                                                                                                                                                                          200                                 [5] Takaoka, T.; Komatsu, M.; Killmann, G.: Toyota
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Motor Europe; Das neu entwickelte Toyota Plug-in Hy-
                             180                                                                                                                                                                                                                                                                          180                                 brid System und dessen Fahrleistung; 19. Aachener
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Kolloquium Fahrzeug- und Motoren­technik, 2010
                                            174

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              [6] Leesch, M.; Müller, J.; Resch, R.; Paul, S.: A new
                             160                                                                                                                                                                                                                                                                          160
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              9-speed hybrid dual clutch transmission for transver-
                                                                                                                                                                                                                                                                156

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              se application up to 450 Nm input torque. 5th CTI
                             140                                                                                                                                                                                                                                                                          140                                 Symposium North America 2011
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                eDrive-Reichweite [km]
     CO2-Emissionen [g/km]

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              [7] UNECE Vehicle Regulation No. 101, Revision 2 –
                             120                                                                                                                                                                                                                                                                          120                                 Amend. 1-4
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              [8] von Essen, C.; Bunar, F.; Adelberg, S.; Donner,
                             100                                                                                                                                                                                                                                                                          100                                 S.; Kramer, M.: Plug-in hybrid – emission-free in
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              the city and efficient over land. 11th Stuttgart
                              80                                                                                                                                                                                                                                                                          80                                ­International Symposium Automotive and Engine
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             Technologiy 2011
                                                                                                     79

                                                                                                                  89

                                                                                                                                                                74
                                                                                                                               75

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             [9] Blumenröder, K.; Bunar, F.; Buschmann, G.;
                              60                                                                                                                                                                                                                                                                          60
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             Nietschke, W.; Predelli, O.: Dieselmotor und
                                                                           65

                                                                                                                                           66

                                                                                                                                                                                    62
                                                                                                                                                                                                        69

                                                                                                                                                                                                                                                 67
                                                                                         67

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             ­H ybrid: Widerspruch oder sinnvolle Alternative?
                                                                                                                                                                                                                       50

                              40                                                                                                                                                                                                                                                                          40                                Wiener Motorensymposium 2007
                                                               43

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            [10] Heusler, H.; Müller, A.; Singh, T.: Investigati-
                              20                                                                                                                                                                                                                                                                          20                                on for a Global Fuel Consumption Drive Cycle, in
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            20. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motoren-
                               0                                                                                                                                                                                                                                                                          0                                 technik, 2011
                                        Basis Siebengang DKG

                                                                eDrive vmax = 120 km/h

                                                                                          eDrive vmax = 80 km/h

                                                                                                                   eDrive vmax = 50 km/h

                                                                                                                                             eDrive vmax = 80 km/h + Phleg.

                                                                                                                                                                                    eDrive vmax = 95 km/h + Phleg.

                                                                                                                                                                                                                           eDrive vmax = 105 km/h + Phleg.

                                                                                                                                                                                                                                                              eDrive vmax = 0 km/h (Hybrid-Modus)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            [11] Study on cycle modification; 10 th DHC sub-
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              group meeting under GRPE/WLTP informal group;
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Belgium, 2011

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       Download des beitrags­
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                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       read the english e-magazine­
       ❾ Übersicht der CO2-Emissionen und der rein                                                                                                                                                                                                                                                                                                     order your test issue now:
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