News 12.07.2019

Hoffnung für den Diesel

Continental gewinnt den „AutomotiveInnovations Award 2019“ in der Kategorie „Interieur und Interface“ für ein Türsystem – doch noch spannender ist die Neuerung, die „nur“ den zweiten Platz im Bereich „Antrieb“ brachte: der „Clean Electrified Diesel“.

Seit über zehn Jahren ermittelt das Center of Automotive Management die innovationsstärksten Unternehmen der Automobilindustrie. In Zusammenarbeit mit PwC wurden die AutomotiveInnovations Awards in diesem Jahr bereits zum achten Mal vergeben. Die Preisverleihung fand in Frankfurt statt.

„Wir erleben derzeit die größte Transformation in der Geschichte der Automobilindustrie, in der sich das Produkt Auto so stark verändern wird wie nie zuvor. In dieser wichtigen Phase zeigen die deutschen Automobilhersteller eine bedeutende Innovationsstärke. Das ist auch notwendig, denn neue Wettbewerber, allen voran Player aus China, haben technologisch enorm aufgeholt und schicken sich an, in einigen Feldern die Innovationsführerschaft zu übernehmen“, so Prof. Dr. Stefan Bratzel, Vorsitzender der Jury.

Sauber und effizient

 - Der "Super Clean Electrified Diesel" könnte dem Dieselmotor eine Zukunft in einem ökologisch fortschrittlichen Mobilitäts-Mix bescheren, zumindest solange eine Nulltoleranz bei den Emissionen unrealistisch ist.
Der "Super Clean Electrified Diesel" könnte dem Dieselmotor eine Zukunft in einem ökologisch fortschrittlichen Mobilitäts-Mix bescheren, zumindest solange eine Nulltoleranz bei den Emissionen unrealistisch ist.
Continental

„Super Clean Electrified Diesel“ nennt Continental ein Forschungsfahrzeug, das beweist, dass „super-saubere“ Diesel möglich sind. Spezialisten des Konzerns haben ein Serienfahrzeug der Abgasnorm Euro 6b mit heute schon verfügbaren Continental-Technologien ausgerüstet und dessen Stickoxid-Emissionen dadurch so weit reduziert, dass es sogar künftige Grenzwerte deutlich unterschreitet – nicht nur auf dem Prüfstand, sondern auch bei den so genannten Real Driving Emissions (RDE), also im alltäglichen Gebrauch. Dafür arbeiten verschiedene Elemente (Einspritzoptimierung, Abgasnachbehandlung, Hybridisierung, Energieoptimierung) so zusammen, dass in der realen Fahrsituation 60 % weniger NOx-Emissionen und gleichzeitig um rund 4 % gesenkte CO2-Emissionen gegenüber dem Basisfahrzeug (Euro 6) erreicht werden können.

Bei durchgeführten unabhängigen Testfahrten lag die durchschnittliche NOx-Emission des Fahrzeugs im Stadtverkehr bei gerade mal 11 mg/km und über die gesamte Strecke bei 46 mg/km. Zum Vergleich: Der NOx-Grenzwert im RDE-Zyklus liegt nach der neuen Abgasnorm Euro 6d-Temp bei 168 mg/km und reduziert sich mit der Abgasnorm Euro 6d ab 2020 auf 80 mg/km. Auf dem Prüfstand liegt das Limit bei 80 mg/km. Neben der Reduzierung der NOx-Werte ließ sich auch der CO2-Ausstoß um rund 10 g/km senken.

„Der Dieselmotor wird für die Mobilität auf absehbare Zeit weiter eine wichtige Rolle spielen“, ist José Avila, Leiter der Division Powertrain und Mitglied des Vorstands bei Continental, überzeugt. „Daher ist es unabdingbar, dass wir die technischen Voraussetzungen für einen extrem schadstoffarmen Dieselantrieb schaffen.“

Hochflexible Einspritzung

Um die Vision von einem sauberen Dieselfahrzeug zu realisieren, gingen die Ingenieure in mehreren Schritten vor. Zunächst tauschten sie das Serien-Einspritzsystem gegen das eigene Piezo-Common-Rail-System PCRs5 aus. Dieses arbeitet mit Einspritzdrücken von bis zu 2.500 bar und ist mit Hilfe einer hochdynamisch arbeitenden Ventilbetätigung in der Lage, mehrere Einspritzungen mit sehr kurzen Intervallen und sehr präziser Dosierung zu realisieren. Es ermöglicht, nach dem Ende des Verbrennungsvorgangs eine winzige Menge Kraftstoff in den Zylinder einzuspritzen. Dieser Kraftstoff entzündet sich erst im Katalysator und führt dazu, dass dieser sich schneller aufheizt. Das ist wichtig, weil der für die Stickoxid-Konvertierung eingesetzte SCR-Katalysator nach einem Kaltstart zunächst eine gewisse Mindesttemperatur erreichen muss. Tests zeigen, dass sich allein durch die Nacheinspritzung das Anspringen des SCR-Katalysators um zirka acht Minuten beschleunigen lässt und so die kumulierte Stickoxidemission im künftigen Fahrzyklus WLTP (Worldwide harmonized Light-duty Test Procedure) um 37 Prozent sinkt.

Innovatives 48-Volt-Hybridsystem

Allein auf die Nacheinspritzung will Continental jedoch nicht setzen, da sich dadurch der Kraftstoffverbrauch um etwa vier Prozent erhöhen würde. Daher applizierte der Zulieferer ein 48-Volt-Hybridsystem, das auf einem riemengetriebenen Starter-Generator basiert. Der verwendete Elektromotor mit einer Spitzenleistung von rund 15 Kilowatt ermöglicht es nicht nur, Bremsenergie wiederzugewinnen und als Strom in einem kleinen Lithium-Ionen-Akku zu speichern. Vielmehr unterstützt es den Verbrennungsmotor kurzzeitig auch in Phasen stärkerer Beschleunigung. Dies senkt die Stickoxidemissionen, die bei einem Dieselmotor besonders hoch ausfallen, wenn sehr schnell sehr viel zusätzliche Leistung abgerufen wird. Da ein geringerer Anteil der Leistung durch den Verbrennungsmotor erzeugt werden muss – Ingenieure sprechen dabei von „Phlegmatisierung“ – lassen sich durch das 48-Volt-System weitere drei Prozent gegenüber der Nacheinspritzung einsparen. Gleichzeitig sinken die CO2-Emissionen zusätzlich um rund drei Prozent.

SCR-Abgasnachbehandlung und elektrisch beheizbarer Katalysator

Zur Emissionsminderung wird ein motornaher elektrisch heizbarer Katalysator (EMICAT) eingesetzt. Mit einer kurzzeitig anliegenden Leistung von bis zu drei Kilowatt bringt er den dahinterliegenden SCR-Katalysator - unabhängig von der Motorbetriebsstrategie - bereits nach kurzer Zeit auf Betriebstemperatur, um mit der Stickoxid-Konvertierung zu starten. Die Einspritzung der für die SCR-Katalyse benötigten wässrigen Harnstofflösung (AdBlue) erfolgt direkt hinter dem Heizkatalysator auf das ausströmende Abgas. Diese Anordnung garantiert eine gute Durchmischung von Abgas und Harnstoff, ohne dass ein zusätzlicher Mischer verwendet werden muss. Durch die Applikation des Heizkatalysators sinken die Stickoxidemissionen um weitere 14 Prozent. Der Kraftstoffverbrauch bleibt dabei unverändert, da die elektrische Energie für die Katalysatorheizung ausschließlich über das 48-Volt-System aus rekuperierter Bremsenergie gewonnen wird.

Energieoptimierung durch connected Energy Management

Eine weitere signifikante Reduzierung der Emissionen könnte durch die Einbindung des sogenannten connected Energy Managements (cEM) erzielt werden. „Der Charme des vernetzten Energiemanagements liegt darin, dass wir allein durch eine verbesserte Datenbasis in der Lage sind, die Fahrstrategie energetisch zu optimieren“, sagte Dr. Oliver Maiwald, Leiter Technology & Innovations bei Continental, Division Powertrain. „Bei bekannter Strecke (Navigation oder Streckenerkennung durch lernfähige Algorithmen) kann das cEM-Steuergerät vorausschauend darüber entscheiden, wann das Fahrzeug am besten rollt und wann rekuperiert werden sollte – und das spart Kraftstoff und Emissionen“, so Maiwald weiter. Im Forschungsfahrzeug „Super Clean Electrified Diesel“ könnten durch die Anwendung der cEM Traffic Light Assist (TLA) - Funktion eine weitere Absenkung der Stickoxidemissionen und gleichzeitig des Kraftstoffs erwirkt werden. Denn dank zusätzlicher Cloud-Daten prognostiziert der TLA den vorausliegenden Straßenabschnitt und den Verkehrszustand, weiß somit auch, wann die nächste Ampel – die für den Fahrer noch gar nicht sichtbar sein mag – rot wird und kann den Segel- und Rekuperationsbetrieb sowie die Bremsverzögerung entsprechend optimieren.

Autonomes Öffnen und Schließen

Natürlich ist auch das intelligente Türsystem eine Erwähnung wert: Durch die Kopplung mit dem schlüssellosen Start- und Zugangssystem PASE im Rahmen der Funktion „Power Door Control“ ermöglicht die intelligente Tür das berührungslose und automatische Öffnen und Schließen zum passenden Zeitpunkt auf der jeweils richtigen Fahrzeugseite. Die ist insbesondere mit Blick auf das autonome Fahren eine notwendige Funktion, da fahrerlose Fahrzeuge die Türen auch ohne Bediener und Griff öffnen und schließen können müssen.

Die Lösung soll Komfort und Sicherheit erhöhen. Dank Einklemmschutz und automatischer Hinderniserkennung durch das Türbremssystem sollen dabei sowohl gequetschte Finger als auch Beulen und Kratzer im Lack vermieden werden. Ein zusätzliches Plus ist laut Hersteller der stufenlos wählbare Öffnungswinkel: Die intelligente Tür unterstütze ein reibungsloses Öffnen in jeder Position, ganz ohne Einrasten und könne dennoch in jeder beliebigen Position sicher arretiert werden.

Helmut Matschi, Mitglied des Vorstands von Continental und Leiter der Division Interior, betont: „Die Auszeichnung des intelligenten Türsystems und die damit verbundene Anerkennung unserer Innovationskraft freut uns nicht nur außerordentlich, sondern ist für uns auch Antrieb, den Komfort und die Sicherheit für alle Verkehrsteilnehmer weiter zu erhöhen.“