Simulationsgestützte Potentialabschätzung eines variablen Ventiltriebs für die Regeneration von Diesel NOx-Speicherkatalysatoren unter RDE-Bedingungen

Abstract

Das Bestreben nach sauberen Fahrzeugen mit verbrennungsmotorischem Antrieb erfordert den emissionssicheren Betrieb des Motors im gesamten Kennfeld und während jeder Betriebssituation. Die nachmotorische Stickoxid (NOx)-Reduzierung benötigt ein gewisses Temperaturniveau. Bei einem NOx-Speicherkatalysator (NSK) liegt diese Light-off Temperatur niedrig und ermöglicht so eine frühe NOx-Reduzierung. Der diskontinuierliche Betrieb des NSK erfordert für dessen Regeneration die Umstellung des Brennverfahrens auf ein unterstöchiometrisches Luftverhältnis. Die nötige Motorlast für diesen fetten Betrieb ist beim Dieselmotor durch die nötige Brennstabilität begrenzt. Mithilfe eines variablen Ventiltriebs (VVT) mit zweitem Auslassventilhub kann interne AGR erzeugt werden und der Betriebsbereich hin zu niedrigen Lasten erweitert werden. Der Modellaufbau des Strömungspfades, des Turboladers, der Abgasnachbehandlungskomponenten und der Verbrennung wurde in dieser Arbeit anhand experimenteller Messungen an einem Vierzylinder Dieselmotor kalibriert und validiert. Mithilfe von 1D-Stömungsmodellen, einer phänomenologischen Brennverlaufssimulation und physikbasierter Emissionsmodellierung wird der Einfluss dieses VVT-Systems auf den Kraftstoffverbrauch, das Emissionsverhalten und die Temperatur am NSK untersucht. Es werden Untersuchungen zum realen Fahrverhalten durchgeführt, RDE-Strecken vermessen und spezifische, RDE-konforme Fahrprofile erzeugt. Mithilfe eines validierten reaktionskinetischen NSK-Modells und Fahrzeuglängsdynamikmodellen wird eine Regenerationsstrategie entwickelt sowie validiert und damit das Potential des VVT im realen Betrieb bewertet.