Die gegenwärtige Problematik direkteinspritzender und turboaufgeladener Downsizing-Ottomotoren ist die Emission von Partikeln. Dies steht im Kontext mit der Einführung der neuen Abgasgesetzgebung EURO 6, die die Limitierung der Masse und Anzahl von Partikeln erstmalig bei Ottomotoren festlegt. Darüber hinaus ist eine Verschärfung der Emissionsgesetzgebung durch die Einführung der Erfassung der Fahrzeugemissionen im realen Fahrbetrieb vorgesehen. Dies erfordert weitere technologische Verbesserungen des Verbrennungsmotors. Die gleichzeitige Reduzierung von Emissionen und Kraftstoffverbrauch stellt einen Zielkonflikt dar. Eine Lösung des Zielkonfliktes infolge einer weiteren Optimierung der Abgasnachbehandlung ist nicht zielführend, da dadurch wiederum Verbrauchs- und Kostensteigerungen entstehen. Der Ansatz liegt im eigentlichen Verbrennungsprozess, in dessen Rahmen die Entstehung der Rohemissionen reduziert werden muss, um eine weitere Kostenerhöhung im Rahmen der Abgasreinigung zu vermeiden und das Emissionsniveau über die Fahrzeuglebensdauer weiterhin sicherzustellen sowie den Verbrauch zu reduzieren. In dem Zusammenhang stellt die Reduzierung der Partikelemission durch die Kombination eines effizienten BDE-Ottomotors und einer Einspritztechnologie, die eine Partikelminimierung bei hohen Motorlasten im realen Fahrbetrieb um 50% senkt, das Projektziel dar.
Für die Entwicklung einer Einspritztechnologie, die eine Partikelreduzierung in diesem Umfang ermöglicht, ist eine physikalische Beschreibung des Übergangs von der Injektor-Innenströmung zum Kraftstoffspray erforderlich, da diese die anschließende Gemischbildung und Verbrennung maßgeblich beeinflusst und gegenwärtig eine Wissenslücke darstellt. Hierzu ist die Entwicklung eines messtechnischen Zugangs in Form einer mobilen Spraykammer vorgesehen, mittels dieser sowohl röntgentechnologische als auch optische Untersuchungen simultan und anwendungsnah durchgeführt werden können. Mittels entsprechender Messmethoden sollen die Tröpfchendichte und Austrittsgeschwindigkeit während des Einspritzvorganges analysiert werden. Anhand dieser Messergebnisse ist die Weiterentwicklung der Simulation zur Schließung der Lücke vorgesehen.
Abschließend soll eine auf der Basis der Mess- und Simulationsergebnisse optimierte Auslegung der Düsen erfolgen und am Demonstrationsmotor bzw. -fahrzeug der Nachweis zur Reduktion unter realen Fahrbedingungen erbracht werden.
Partikelemissionen (Ruß, ultrafeine Partikel) von Kfz gelten als besonders gesundheitsrelevant (Dieselruß ist als krebserzeugend eingestuft). Dabei gelten
Hinsichtlich ultrafeiner Partikel (UFP; kleiner als 100 nm) sind 'moderne' PKW-Motoren (Otto und Diesel; spätestens seit Euro 5) aufgrund der Arbeitsverfahren (direkte Einspritzung in den Zylinder bei hohem Druck) als besonders emissionsrelevant zu bewerten. Der mit der zunehmenden Marktdurchdringung zu erwartende Anstieg der entsprechenden Schadstoffkonzentration war in den vergangenen Jahren (201-2018) in Immissionsmessungen jedoch nicht erkennbar. Es ist derzeit nicht bekannt, ob die unterschiedlichen Messverfahren für Emission und Immission, etwaige Partikel-Umwandlungsprozesse nach Verlassen der Emissionsquelle und/oder die noch geringe Flottendruchdringung von EURO5- und EURO6dtemp-PKW Ursachen dafür sind.
Ziel des Projektes ist es, das tatsächliche Partikel-Emissionsverhalten von EURO5- und EURO6dtemp-PKW (jeweils Otto und Diesel) auf der Basis von Messungen im verdünnten Abgas zu ermitteln und gleichzeitig Hinweise zum Verhalten der emittierten Partikel in der Außenluft zu erhalten. Aus den Erkenntnissen sollen u.a. Schlussfolgerungen für die Weiterentwicklung der Konzeption für das sächsische Luftgüte-Messnetz abgeleitet werden.
Die Richtlinie 2009/28/EG fordert einen Anteil von 10 % Erneuerbaren Energien im Verkehrssektor. Davon sollen 5 % aus Reststoffen wie z.B. Altfetten produziert sein. Ein Flottenbetrieb mit Biodiesel (B100) im Agrarsektor ist ein Weg der nennenswert zur Erfüllung der Quotenverpflichtung beitragen kann. Da es aktuell keine Freigabe für Motoren der aktuellen Abgasnorm für 100 %igen Biodiesel gibt, soll in diesem Vorhaben der Nachweis für die Eignung von Biodiesel für den Betrieb von Serienmotoren der Abgasstufe EU COM IV (non-road) für Industrie- und Landtechnikanwendungen an einem typischen Motor erbracht werden. Dabei sollen mögliche Deaktivierungen des Abgasnachbehandlungssystems (AGN-System), aufgrund von Kraftstoffspurenelementen (P, K, Na, Ca,...) im Langzeitbetrieb untersucht werden. Detaillierte Analysen des DPF beinhalten die Untersuchung der Beladung und der kontinuierlichen Regeneration mittels des CRT-Effektes. Damit ein störungsfreier Betrieb für den Endnutzer mit B100 realisiert werden kann, wird die Funktion der 'On-Board-Diagnose' (OBD) überprüft. Im Rahmen dieser Studie sind 6 Arbeitspakete geplant, welche folgende Schwerpunkte beinhalten. Es erfolgt eine umfangreiche Funktionserprobung des Motors und des AGN-Systems im Stationärbetrieb mit Referenz-DK (DIN EN 590) und Biodiesel (DIN EN 14214). Im weiteren Schritt wird ein instationärer Dauerlauf von 1.000 h mit B100 durchgeführt, um das Betriebsverhalten von Motor und AGN-System über die Laufzeit zu testen. Im Anschluss wird ein 300 h Dauerlauf im stationären B100-Betrieb zur Bestimmung der lastabhängigen Deaktivierung des AGN-Systems absolviert. Im nächsten Arbeitspaket wird das Potential einer B100-Applikation abgeschätzt. Hierfür werden mittels eines teiloffenen Steuergeräts die Bestromungssignale der Injektoren sowie die AGR variiert. Bedingt durch die geringe Energiedichte und die hohe Siedelage kann es zur Verschleppung der Verbrennung kommen, was sich im Niederlastbereich verstärkt.