Beitrag zur ganzheitlichen Emissionsreduzierung eines multi-mode Hybridantriebs mit nachhaltig betriebenem Gasmotor

Von:

Patrick Noone

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Zur Erreichung von Klima- und Luftreinhaltungszielen setzen Gesetzgebung und Automobilindustrie verstärkt auf Elektrifizierung und Hybridisierung von Antriebssträngen. Diese Forschungsarbeit untersucht anhand des Multi-Mode-Getriebekonzepts Doppel-E-Antrieb for Long Range (DE4LoRa) Potenziale zur Emissionsreduktion und Effizienzsteigerung. Das Konzept ermöglicht zahlreiche Freiheitsgrade im Zusammenspiel von Verbrennungskraftmaschine, elektrischen Komponenten und Abgasnachbehandlung. Der monovalente CNG-Betrieb stellt besondere Anforderungen an die Abgasnachbehandlung, insbesondere zur Minimierung des Methanschlupfs. Mittels well-to-wheel-Betrachtung werden sowohl Treibhausgas- als auch Schadstoffemissionen analysiert, um hardware- und softwareseitige Optimierungen zu ermöglichen. Motorenprüfstandsversuche und Simulationen dienen der optimalen Nutzung der Freiheitsgrade etwa der Wahl des Getriebemodus, des Motorbetriebspunkts und der flexiblen Zuschaltung der Verbrennungskraftmaschine. Ein Schwerpunkt liegt auf der Optimierung des Kaltstarts, da dieser besonders emissionskritisch ist. Dafür werden elektrische Katalysatorvor- und -zuheizungen untersucht sowie der Einfluss von Beschichtung und Alterung auf Emissionen bewertet. Die daraus abgeleitete Heizstrategie wird mithilfe physikalischer, empirischer und KI-basierter Modelle in die Betriebsstrategie integriert. Durch Rohemissions- und Konvertierungsmodelle kann eine Online-Emissionsermittlung im Fahrzeug erfolgen, sodass die Betriebsstrategie auf virtuelle Sensoren reagiert. Die resultierende emissionsoptimierte Betriebsstrategie zeigt großes Potenzial für die nachhaltige Weiterentwicklung hybridisierter Antriebsstränge. Die angewandte Methodik ist zudem auf künftige Optimierungsprojekte übertragbar.