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E. Schalk:
"Emissionsgeführte Adaption der Rohemissionskalibration beim Nutzfahrzeug mit NOx-Abgasnachbehandlung";
Supervisor, Reviewer: S. Hausberger, B. Geringer; Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik | TU Graz / IFA. TU Wien, 2020.

The main goal in the development of commercial vehicle engines is the reduction of C02 emissions in compliance with the applicable emission regulations.

As a result, engines are becoming more and more complex - for example, with cooled exhaust gas recirculation, variable exhaust gas turbocharging, charge air cooling, throttle valves, etc. In modern
drives, extensive exhaust gas aftertreatment is usually also used, whereby diesel particle filters and selective catalytic reduction are already state of the art.

The selection of individual components must be made as a whole - i.e. the characteristics of the engine and exhaust aftertreatment system must be matched to each other. In order to be able to make a well-founded selection, the boundary conditions must be known. However, the boundary conditions - i.e. environmental conditions and load profile - can vary greatly for commercial vehicle drives. The bandwidth can range from high altitude operation at nominal load in summer to idling operation at low winter temperatures. Consequently, every selection of individual components represents a compromise.

In order to achieve the goal of the lowest C02 emissions while complying with the emission regulations, it makes sense that the engine control reacts adequately to the respective conditions.
In the context of this work an engine control system was developed, where the calibration of the engine is changed depending on the condition of the engine and the exhaust aftertreatment and the NOx emissions. The engine control selects from different predefined engine operating modes, each of them has been calibrated for a specific purpose - for example, rapid heating of the exhaust aftertreatment system or low NOx raw emissions.

The operating strategy implemented by this engine control system generally aims to achieve the NOx emission limit value by achieving the highest possible NOx reduction rate in the exhaust aftertreatment system in order to be able to operate the engine with the highest efficiency - without being restricted by raw emissions. Since the achieved NOx reduction rate in the exhaust aftertreatment is significantly influenced by the available temperature level, the engine control also
includes a temperature management for the exhaust aftertreatment.

The potential of this adaptive motor control is significantly influenced by the calibration of the predefined engine operation modes. Therefore, on the one hand different approaches for temperature management were compared and analyzed with respect to their effect and efficiency,
on the other hand the basic relationships between NOx raw emissions and fuel consumption were presented. The findings from these investigations served to develop sound engine operating modes.

The proof whether and to what extent an advantage resül'ts from this engine control was carried out on the engine test bench using a heavy commercial vehicle engine.

Als Ziel bei der Entwicklung von Nutzfahrzeugantrieben steht die Reduktion von C02-Emissionen unter Einhaltung der geltenden Emissionsvorschriften im Vordergrund. Dies führte dazu, dass die Motoren immer komplexer aufgebaut sind - wie zum Beispiel mit
gekühlter Abgasrückführung, varjabler Abgasturboaufladung, Ladeluftkühlung, Drosselklappen, usw. Bei modernen Antrieben kommt in der Regel auch eine umfangreiche Abgasnachbehandlung zum Einsatz, wobei Dieselpartikelfilter und selektive katalytische Reduktion mittlerweile zum Stand der Technik zählen.

Die Auswahl einzelner Komponenten muss gesamtheitlich erfolgen - d.h. die Charakteristika von Motor und Abgasnachbehandlungssystem müssen aufeinander abgestimmt sein. Um eine fundierte Auswahl treffen zu können, müssen natürlich die Rahmenbedingungen bekannt sein. Nun ist es
aber so, dass die Rahmenbedingungen - also Umweltbedingungen und Einsatzprofil - bei Nutzfahrzeugantrieben stark variieren können. Die Bandbreite kann von sommerlichen Höhenbetrieb bei Nennlast bis hin zu Leerlaufbetrieb bei tiefwinterlichen Temperaturen reichen.
Folglich stellt jede Auswahl der einzelnen Komponenten einen Kompromiss dar.

Um trotz alledem das Ziel - also niedrigste C02-Emissionen unter Einhaltung der Emissionsvorschriften - zu erreichen, ist es also sinnvoll dass die Motorregelung adäquat auf die jeweiligen Rahmenbedingungen reagiert.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Motorregelung erarbeitet, bei der die Kalibration des Motors abhängig vom Zustand des Motors und der Abgasnachbehandlung, aber auch von den ausgestoßenen NOx-Emissionen angepasst wird. Die Motorregelung wählt dafür aus verschiedenen, vordefinierten Motorbetriebsmoden aus, welche jeweils für einen speziellen
Zweck kalibriert wurden - zum Beispiel rasches Aufheizen der Abgasnachbehandlung oder niedrige NOx-Rohemissionen.

Die mit dieser Motorregelung umgesetzte Betriebsstrategie zielt im Allgemeinen darauf ab den NOx-Emissionsgrenzwert durch eine möglichst hohe NOx-Reduktionsrate in der Abgasnachbehandlung zu erreichen, um somit den Motor mit höchster Effizienz - ohne Einschränkung durch Rohemissionen - betreiben zu können. Da die erzielte NOx-Reduktionsrate in der Abgasnachbehandlung wesentlich durch das verfügbare Temperaturniveau beeinflusst wird, beinhaltet die Motorregelung auch ein Temperaturmanagement für die Abgasnachbehandlung.

Das Potential dieser adaptiven Motorregelung wird wesentlich durch die Kalibration der vordefinierten Motorbetriebsmoden beeinflusst. Daher wurden einerseits verschiedene Ansätze für Temperaturmanagement gegenübergestellt und hinsichtlich Effektivität und Effizienz analysiert, anderseits wurden die grundsätzlichen Zusammenhänge zwischen NOx-Rohemissionen und dem
Kraftstoffverbrauch dargestellt. Die Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen dienten zur Erarbeitung von fundierten Motorbetriebsmoden. Der Nachweis ob und in welchem Ausmaß sich ein Vorteil durch diese Motorregelung ergibt, wurde anhand eines schweren Nutzfahrzeugmotors am Motorprüfstand durchgeführt.