WEITERENTWICKLUNG DES OTTOMOTORS

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1 WEITERENTWICKLUNG DES OTTOMOTORS Prof. Dr. Uwe D. Grebe LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 1

2 Weiterentwicklung des Ottomotors Zielsetzungen der Vorlesung Überblick über die Randbedingungen der Neuentwicklungen von Ottomotoren Darstellung der aktuellen Technologie-Trends Möglichkeiten zur Verbesserung der Motorarchitektur Ausblick auf die Ottomotoren der Zukunft LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 2

3 Weiterentwicklung des Ottomotors Ablauf der Vorlesung Blockveranstaltung 8. Juni :00 bis 16:00 Uhr 9. Juni :00 bis 16:00 Uhr Pausen: 10:30 10:45 12:00 13:00 14:30 14:45 Schriftliche Prüfung Präsentationsmaterial wird elektronisch zur Verfügung gestellt ( LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 3

4 Weiterentwicklung des Ottomotors Gliederung 1. Entwicklungsrandbedingungen 1.1 Gesetzliche Vorschriften 1.2 Anforderungen von der Kundenseite 2. Verbrauchsreduzierung 2.1 Thermodynamik (Benzindirekteinspritzung, variable Ventiltriebe, Ladungsverdünnung,...) 2.2 Reibungsreduzierung 2.3 Downsizing, Lastpunktverschiebung 3. Alternative Kraftstoffe 4. Volllastverbesserung 4.1 Luftaufwandsverbesserung bei freisaugenden Motoren 4.2 Aufladung 5. Reduzierung der Abgasemissionen 5.1 Motorinterne Maßnahmen 5.2 Abgasnachbehandlung 6. Verbesserte Architektur 6.1 Gewichtsreduzierung 6.2 Kostenreduzierung 6.3 Komfortverbesserung 7. Aktuelle Technologieeinführungen bei Ottomotoren 8. Entwicklungstendenzen für die Zukunft LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 4

5 Quo Vadis Powertrain? Es hat sich eine Vielfalt an Powertrain (Antriebsstrang-) Technologien im Markt etabliert; weitere Varianten befinden sich in der Entwicklung LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 5

6 Bedeutung des Ottomotors Die Zukunft des Ottomotors wird immer wieder hinterfragen. Der Dieselmotor hat an Marktanteil zugelegt! Hybridantriebe stellen dem Verbrennungsmotor einen Elektromotor an die Seite! Der Elektroantrieb und die Brennstoffzelle sind Alternativen zum Verbrennungsmotor! Beschäftigen wir uns mit dem richtigen Thema? Hat der Ottomotor überhaupt eine Zukunft? LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 6

7 Marktanteil 100% 80% 60% 40% 20% Marktentwicklung: PKW Antriebe West Europa PKW-Neuzulassungen 2 Ventil Ottomotoren (Saugrohreinspritzung = PFI) Mehrventil Ottomotoren (PFI) SI DI 53,1% (2014) CI DI (Diesel) Gas-DI CI IDI (Diesel) 0% '01 '03 '05 '07 ' Kalender-Jahr SI DI: Spark Ignition Direct Injection PFI: Spark Ignition, Port Fuel Injection CI DI: Compression Ignition Direct Injection CI IDI: Compression Ignition Indirect direct injection (Vorkammer) Abschätzung Quelle: GM, ACEA, Stand 2014 LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 7

8 Marktanteil in % Marktanteile in West Europa (Jahr 2014) Länderspezifischer Ottomotoranteil SIDI Diesel-Motor Ottomotor 0 Quelle: ACEA, Zulassungsstatistik, Stand 2014 LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 8

9 Dieselanteil in West Europa Der Dieselanteil ist West-Europa in den 1990er Jahren signifikant gestiegen. Gründe hierfür sind: Fahrspaß durch hohes Motordrehmoment der modernen direkteinspritzenden Dieselmotoren bei niedrigen Drehzahlen niedrige volumetrische Verbräuche (l/100 km) gute Verbräuche bei höheren Fahrgeschwindigkeiten 2009 zeigte einen Einbruch im Dieselanteil aufgrund der staatlichen Verschrottungsprämien (in einigen Ländern) Aber es darf nicht vergessen werden: nahezu jeder Dieselmotor ist direkteinspritzend und aufgeladen Dieselmotoren sind schwerer und teurer als Ottomotoren Wartungskosten eines Dieselmotors sind höher LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 9

10 Prognose der weltweiten Fahrzeugproduktion LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 10

11 Globaler Entwicklungstrend Weltweit dominiert der Ottomotor mit über 80 % Marktanteil Nordamerikanischer, europäischer und chinesischer Markt bestimmen derzeit die globale Statistik Abgasgesetzgebung in Nordamerika ist für den Dieselmotor nur mit extremem Mehraufwand zu erfüllen Dieselmotoren werden in China derzeit (noch?) nicht in Personenkraftwagen verwendet Zukünftige Abgasgesetzgebungen in USA und Europa erhöhen die Systemkomplexität des Dieselmotors gegenüber dem Ottomotor weiter Ottomotoren werden ihre dominierende Stellung bei den Verbrennungsmotoren beibehalten LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 11

12 Wettbewerber des Verbrennungsmotors Löst der Batterie-elektrische Antrieb den Verbrennungsmotor ab? Kommt die Wasserstoff-Wirtschaft? Wird die Brennstoffzellen-Technologie die Fahrzeug- Architektur in den nächsten Jahren verändern? Kann der konventionelle Hubkolbenmotor gegenüber der Brennstoffzelle, die sehr hohe Wirkungsgrade aufweist, bestehen? LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 12

13 Grenzen der Batterietechnologie Batterieelektrisches Fahrzeug Batterien haben heute noch entscheidende Nachteile: geringe Speicherdichte, hohe Kosten, lange Ladezeit Quelle: GM LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 13

14 relatives Fahrzeuggesamtgewicht Fahrzeuggewicht über Reichweite Batterieelektrisches Fahrzeug C Segment Fahrzeug (Golf-Klasse) LA92 Testzyklus Kundenerwartung FTP 72 Zyklus Manhattan Stadtzyklus Fahrzeug - Reichweite/ km Geforderte Reichweite bestimmt das Gesamtgewicht des Elektrofahrzeugs. Bei konventioneller Karosserietechnologie etwa Verdopplung (500 km). Quelle: GM, Stand 2011 LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 14

15 Reichweite im Realbetrieb Batterieelektrisches Fahrzeug Die Reichweite batterieelektrischer Fahrzeuge hängt sehr stark von der Fahrweise und der Umgebungstemperatur ab. Quelle: GM LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 15

16 Anteil bezogen auf die max. elektrische Reichweite Reichweiten - Unsicherheit Batterieelektrisches Fahrzeug 100% Komfortzone der Batterie 80% 60% 40% 20% HVAC = Heating, Ventilation, Air Conditioning Großer Einfluss von: Umgebungstemperatur Fahrstil / Leistungseinsatz Innenraumheizung und -kühlung Eco Fahrweise kein HVAC normale Fahrweise kein HVAC normale Fahrweise mit HVAC (20 C) 0% Umgebungstemperatur / C Die Reichweite batterieelektrischer Fahrzeuge hängt sehr stark von der Fahrweise, Klimatisierung und der Umgebungstemperatur ab. Quelle: GM LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 16

17 Fahrzeug Energiespeicher Gewicht und Volumen für 500 km Reichweite Diesel Kompr. Wasserstoff 700 bar 6 kg H 2 = 200 kwh chemische Energie Lithium Ionen Batterie 100 kwh elektrische Energie System Kraftstoff System Wasserstoff System Batteriezellen 43 kg 33 kg 125 kg 6 kg 830 kg 540 kg 46 L 37 L 260 L 170 L 670 L 360 L Bei Berücksichtigung der Gesamtwirkungsgrade der Fahrzeuge ist die Batterie etwa 20mal schwerer. Quelle: GM LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 17

18 Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle 4 H + + O e - 2 H 2 O Prinzipieller Aufbau 4e - Anode Elektrische Last Kathode H 2 2 H 2 4 H e - H + H + H + H + H 2 O Restgas O 2 /Luft Katalysator Katalysator Wärme Polymer-Elektrolyt- Membran Quelle: GM LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 18

19 Brennstoffzellen-Fahrzeug Systemübersicht Wasserstoff-Einfüllstutzen Kühlmittelbehälter Leistungsverteilung Luftfilter Brennstoffzellen-Stack Wasserstoffzuführung Kühler Elektrischer Antriebsmotor Gleichspannungswandler Leistungsbatterie Steuergerät Druckwasserstoff- Speichertanks Quelle: GM LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 19

20 Well-To-Wheel Studie Well-to-Tank Quelle-bis-Tank Tank-to-Wheel Tank-bis-Räder Well-to-Wheel Quelle-bis-Räder Quelle: GM LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 20

21 Energieverbrauch Energieaufwand Rohstoffgewinnung bis zum Fahrzeugtank 2,5 USA spezifisch Wasserstoff, flüssig 2,0 1,5 1,0 2,1 1,6 1,2 Rohstoffförderung und Transport % % Wasserstoff, kompr. 350 bar Kraftstoffproduktion Kraftstoffverteilung Benzin Diesel 0, % 1,0 0,5 LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 21

22 Energieverbrauch der Gesamtkette Energieaufwand Rohstoffgewinnung bis zur Transportleistung ,1 4,5 75% Brennstoffzellen-Fahrzeug, H2 kompr. (350 bar) Diesel-Fahrzeug Vorkette USA-spezifisch 64% LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 22

23 Gravimetrische Energiedichte (Wh/kg) Energiedichte Gravimetrische und volum. Dichte incl. Speichertank Batterien: Li-Ion Blei- Säure H bar NiMH Gasoline Diesel Ethanol Volumetrische Energiedichte (Wh/I) Batteriespeicherdichten werden sich verbessern; die Energiedichte ist aber 100x geringer als bei flüssigen Kraftstoffen Wasserstoffdruckspeicher (bis 700 bar) erreichen etwa die 10fache Speicherdichte wie Batterien LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 23

24 Langfristige Marktentwicklung Die Brennstoffzelle ist neben dem batterieelektrischen Antrieb der wichtigste Wettbewerber in der fernen Zukunft. Vor einem Großserieneinsatz der Brennstoffzelle im Fahrzeug müssen folgende Themen gelöst werden: hohe Produktkosten der Brennstoffzelle weitere Entwicklung der Brennstoffzellen-Technologie notwendig (Systemaufwand, Kühlung,...) Weitere Verbesserung der Leistungsdichte Infrastruktur für Wasserstoff muss errichtet werden Konventionelle Verbrennungsmotoren werden den Markt mindestens in den nächsten 25 Jahren dominieren Hybridisierung kombiniert Verbrennungs- und Elektromotoren Produktion von konventionellen Verbrennungsmotoren ist bis ins Jahr 2050 und darüber hinaus zu erwarten LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 24

25 Ist der Ottomotor zukunftsfähig? Der Ottomotor hat höchste Leistungsdichte (aufgeladene Motoren, Rennmotoren) bestes Kosten-Nutzen Verhältnis einfacher Aufbau leichte Bauweise kann alternative Kraftstoffe (z.b. Ethanol, Erdgas,...) nutzen Zahlreiche Entwicklungen werden derzeit durchgeführt, zur weiteren Verbesserung von: Verbrauch Emission Volllastverhalten Zukunftsfähigkeit des Ottomotor ist mit Sicherheit gegeben. Weltweit wird der Ottomotor die dominierende Antriebsquelle für Personenkraftwagen mindestens für die nächsten 25 Jahre bleiben LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 25

26 Weiterentwicklung des Ottomotors Gliederung 1. Entwicklungsrandbedingungen 1.1 Gesetzliche Vorschriften 1.2 Anforderungen von der Kundenseite 2. Verbrauchsreduzierung 2.1 Thermodynamik (Benzindirekteinspritzung, variable Ventiltriebe, Ladungsverdünnung,...) 2.2 Reibungsreduzierung 2.3 Downsizing, Lastpunktverschiebung 3. Alternative Kraftstoffe 4. Volllastverbesserung 4.1 Luftaufwandsverbesserung bei freisaugenden Motoren 4.2 Aufladung 5. Reduzierung der Abgasemissionen 5.1 Motorinterne Maßnahmen 5.2 Abgasnachbehandlung 6. Verbesserte Architektur 6.1 Gewichtsreduzierung 6.2 Kostenreduzierung 6.3 Komfortverbesserung 7. Aktuelle Technologieeinführungen bei Ottomotoren 8. Entwicklungstendenzen für die Zukunft LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 26

27 Pkm/Jahr in Billionen (10 12 ) Verdoppelung des Mobilitätsbedarf bis Africa Latin America Middle East India Other Asia China Eastern Europe FSU OECD Pacific OECD Europe OECD North America [Quelle: WBCSD Mobility 2030] Fahrleistungen (zurückgelegte Fahrstrecken, Personen-Kilometer) nehmen in China und Indien stark zu LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 27

28 Resultierende Herausforderungen Weitere Verbesserung des Insassenschutz und Partnerschutzes Reduzierung des Einfluss auf die Umwelt Ressourcenschonung durch kontinuierliche Verbesserung der fahrzeugseitigen Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs Wesentliche Entscheidungskriterien kundenorientierte Produktangebote kundenorientierte Preisgestaltung wettbewerbsfähige Herstellungskosten LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 28

29 Gesetzliche Anforderungen Geräuschemission Abgas- und Verdunstungsemissionen Crashanforderungen: Fußgänger Schutz Insassen Schutz Funkentstörung, elektromagnetische Störfestigkeit Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 29

30 Crashanforderungen Der Motorraum wird bei Unfällen verformt. Anforderungen an Motoren kompakte Bauweise Aufnehmen von Kräften Vermeiden von Intrusionen in die Fahrgastzelle Vermeiden von Kraftstoff- und Ölverlusten LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 30

31 Fußgängerschutz Technische Anforderungen in Europa Stand 19. Feb Phase 1: NT *) 1. Okt (Neue Front) NR *) 31. Dez Phase 2: NT *) 1. Sept NR *) 1. Sept Oberschenkel (Monitoring) v = km/h Grenzwerte F 5 kn M 300 Nm ISO-Kinderkopf v = 35 km/h m = 3,5 kg Grenzwerte 1/3: HPC /3: HPC 1000 EEVC- Erwachsenenkopf (Monitoring) v = 35 km/h m = 4,8 kg Grenzwert HPC 1000 Oberschenkel v = km/h Grenzwerte F 5 kn M 300 Nm EEVC-Kinderkopf v = 40 km/h m = 2,5 kg Grenzwert HPC 1000 EEVC- Erwachsenenkopf v = 40 km/h m = 4,8 kg Grenzwert HPC 1000 Unterschenkel v = 40 km/h Unterschenkel v = 40 km/h Grenzwerte a 200 g a 21 s 6 mm Grenzwerte a 150 g a 15 s 6 mm *) NT Neue Modelle NR Alle Erstzulassungen Quelle: Opel LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 31

32 Fußgängerschutz Freier Deformationsraum für den Kopfaufprall Opel Signum 6-Zyl. Diesel Motorhaube virtuell um etwa 80 mm abgesenkt betroffene Komponenten Quelle: Opel LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 32

33 Fußgänger- und Insassenschutz Auswirkungen auf die Motorkonstruktion Motoren und Getriebe müssen kompakt bauen Das bedeutet niedrige Gesamthöhe der Bauteile, für Deformationsraum unter der Motorhaube kurze Motorlänge, um im Quereinbau eine steife Längsträgerstruktur der Karosserie zu ermöglichen schmale Baubreite, damit im Quereinbau genügend Deformationsraum zum Fahrzeugfußraum bleibt (Bei Längseinbau gelten prinzipiell die gleichen Forderungen) LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 33

34 Verbrauchs- und Emissionsgesetzgebung Trends CO 2 /GHG RDE Real Driving Emissions In use Conformity LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 34

35 Anforderungen Verbrauch/CO 2 (global) 1) 95% of the manufacturer s fleet must meet 95 g CO 2 /km in 2020, 100% in ) South Korea: 97 g CO 2 /km for 2020 is under discussion US PC 2025: 91 EU 2025: 68-78* EP EU : < 50 g CO 2 /km for Supercredits EU : < 50 g CO 2 /km for Supercredits ) 2025 targets exactly defined before 2017 Source: ICCT, November 2013, Global Transportation Energy and Climate Roadmap / AVL *Proposed env. committee EP April 2013 LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 35

36 CO 2 Verordnungen in Europa Anwendung: Alle Fahrzeuge erstmalig zugelassen in EU27 Referenzgewicht<2610kg Zielfunktion: Zieldefinition auf Basis der Masse (marktgewichtete lineare Trendfunktion) Zielwert: Flottenziel für den Gesamtmarkt, OEM spezifische Ziele abhängig vom Gewicht der OEM-Flotte Phase-in : Mittel aus x% aller verkauften Wagen eines Herstellers Überschreitungsabgabe: Abgabe pro Gramm CO2 multipliziert mit der Anzahl aller verkauften Fzge eines Herstellers Eco-Innovations : Technologien die einen quantifizierbare CO2 Reduzierung bringen, aber nicht oder nur unzureichend im Zyklus berücksichtigt sind Super Credits : Fahrzeuge < 50g/km CO2 im Zyklus; Multiplikation des Verkaufsvolumens mit einem Faktor Langfristziel: Zieldefinition für das Jahr 2020 (gesetzlicher Wert!) Personenwagen (M1) politische Anpassung der Steigung auf 60% 130g CO2/km 65% in 2012, 75% in 2013, 80% in 2014, 100% in : 0-1g: 5 / 1-2g: 10 / 2-3g: 15 / >3g: 95 nach 2015: 95 /g 7g/km cap für Gutschriften auf den Herstellerdurchschnitt 3.5x 2012/3.5x 2013/2.5x 2014/1.5x 2015 Leichte Nutzfahrzeuge (N1) Keine Anpassung der Steigung 175 g/km 75% in 2014, 80% in 2015, 100% in : 0-1g: 5 / 1-2g: 10 / 2-3g: 25 / >3g: 95 nach 2018: 95 /g 7g/km cap für Gutschriften auf den Herstellerdurchschnitt 3,5x 2014 / 3,5x 2015 /2,5x 2016 / 1,5x 2017 (max Einheiten) 95 g/km 147 g/km LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 36

37 Anteil aller verkauften Fahrzeuge EU CO 2 Verordnung Phase-in (Pkw) 100% 90% 80% 70% Anteil produzierter Fahrzeuge, die nicht berücksichtigt werden 60% 50% 100% 40% 30% 65% 75% 80% 20% 10% 0% Balken zeigen den Prozentsatz aus der Flotte die den Zielwert erreichen muss. Zielwert berechnet aus 100% der verkauften Fahrzeuge LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 37

38 EU CO 2 Verordnung Zielfunktion Jeder Hersteller muss pro Kalenderjahr seinen Zielwert erreichen Erlaubte durchschnittliche CO 2 -Emission der Herstellerflotte [g/km] Zielwert Hersteller A Ziellinie Zielwert Hersteller C Zielwert Hersteller B Delta zwischen CO 2 Status und CO 2 Ziel führt zu Strafzahlungen Durchschnittliches Gewicht der Herstellerflotte [kg] LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 38

39 EU 2012 CO 2 Status EU Source: European Federation for Transport and Environment (T&E) LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 39

40 PKW CO 2 Emissions 2020/21 EU The European Parliament adopted at first reading on 25 February 2014 the 2020 target to reduce CO 2 emissions from new passenger cars. Next Step: European Council 1 st reading position and agreement CO 2 target: From 2020 onwards, the Regulation sets a target of 95 g CO 2 /km for the average emissions of the new car fleet o 95% in 2020 o 100% by the end of 2020 onwards Super-credits for 95 g CO 2 /km target: Each new passenger car with specific CO 2 emissions of < 50 g CO 2 /km shall be counted as o 2 passenger cars in 2020 o 1,67 passenger cars in 2021 o 1,33 passenger cars in 2022 o 1 passenger cars from 2023 for the year in which it is registered in the period from 2020 to 2022, subject to a cap of 7,5 g CO 2 /km over that period for each manufacturer. Eco-Innovations o CO 2 savings achieved through the use of innovative technologies or a combination of innovative technologies shall be considered. o The total contribution of those technologies to reducing the specific emissions target of a manufacturer may be up to 7 g CO 2 /km. LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 40

41 PKW CO 2 Emissions 2020/21 EU Determination of CO 2 emissions from 2020: Specific emissions of CO 2 = ,0333 x (M M 0 ) Where: M = mass of the vehicle in kilograms (kg) M 0 = the valued will be defined, depending on the average mass of new passenger cars in the EU in the previous calendar years The specific emissions target for a manufacturer in a calendar year shall be calculated as the average of the specific emissions of CO 2 of each new passenger car registered in that calendar year of which it is the manufacturer. Comment: specific emission targets for passenger cars can be exceeded, targets for the manufacturers fleet must be fulfilled Just for your information: From 2012 to 2015: Specific emissions of CO 2 = ,0457 (M 1372) Where: M = mass of the vehicle in kilograms (kg) From 2016: Specific emission of CO 2 = ,0457 x (M M 0 ) Where : M = mass of the vehicle in kilograms (kg) M 0 = the value adopted by 31 October 2014 to the average mass of new passenger cars in the EU in the previous three calendar years LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 41

42 PKW CO 2 Emissions 2020/21 EU Next steps of the European Commission o The Commission should, by 2015, submit a report to the European Parliament and to the Council. That report should include proposals for CO 2 emission targets for new passenger cars beyond 2020, including the possible setting of a realistic and achievable target for o The Commission should carry out a robust correlation study between the NEDC and the new WLTP cycles to ensure its representativeness regarding real driving conditions. o By 31 December 2015, the Commission shall review the specific emissions targets and the modalities, including whether a utility parameter is still needed and whether mass or footprint is the more sustainable utility parameter, in order to establish the CO 2 emissions targets for new passenger cars for the period beyond LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 42

43 Exhaust Emission Legislation Global Source: AVL EmRep, 2013, Latin America and the caribbean passenger vehicle standards & fleets (UNEP), 2011, Fuel Quality and Vehicle Emission Standards Overview (The regional environmental centre for the caucasus), 2008, Fuel Economy Regulations, Test Procedures and Limits Passenger Cars and Light Commercial Vehicles (Mercedes-Benz Emissions), 2008, / February 2013 LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 43

44 Emission and GHG/CO 2 standards EU USA CARB China China Beijing India India Cities Euro 5 (Sept. 2011: incl. PN Limit) CO 2 (Phase in ) Tier 2 GHG and FC LEV II GHG Euro 6 (incl. PN Limit) CO 2 (2020/2021) Tier 3 (Phase-in) GHG and FC LEV III (Phase-in) GHG and FC Phase 4 Gasoline (Diesel delayed) 1 Phase 5 Stage 2: Fuel Economy Stage 3: Phase 4 Phase 5 gasoline ² Phase 6?? Stage 4: Fuel Economy (Phase-in ) Stage 2: Fuel Economy Stage 3: Stage 4: Fuel Economy (Phase-in ) Bharat 3? Bharat 4? Fuel Efficency? Bharat 4? Bharat 5? Fuel Efficency? / Diesel delayed until July 2013, introduction still unsure because of lack defined on low Sulphur fuel (ICCT) 2 Phase 5 for gasoline only, for Diesel no official introduction date announced LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 44

45 Wesentlicher Beitrag zur Emissionsreduzierung Europa Emission limits reduction Diesel ~95% Reduzierung der Emissionen über die letzten 25 Jahren Ziele einer langfristigen und integrierten Politik: Umwelt und Gesundheit Wettbewerbsfähigkeit der Industrie nicht: beste, verfügbare Technologie 0% -10% -20% -30% -40% -50% -60% -70% -80% -90% -100% 0% -10% -20% -30% -40% -50% -60% -70% -80% -90% -100% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 80% 60% 40% 20% 0% Petrol CO HC+NO x CO Emission limits reduction Gasoline Diesel HC+NOx PM HC + NOx PM (mass) CO HC NOx source: ACEA LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 45

46 EU PC Euro 1-6 Emission Standards EU-1 EU-2 EU-3 EU-4 EU-5a EU-5b EU-6b EU-6c Positive Ignition Engines (Gasoline) Compression Ignition Engines (Diesel) CO mg/km HC mg/km HC + NO x mg/km NO x mg/km NMHC mg/km PM only GDI mg/km PN only GDI #/km 6E12 CO HC + NO x NO x PM PN mg/km mg/km mg/km mg/km #/km E11 6E E E11 no change change LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 46

47 Limit RDE Test procedure Limits Euro 6 Expected Changes EU Euro 6b EU Euro 6c 6c? NEDC (Emissions) WLTC (Emissions)* NEDC (CO 2 ) WLTC (CO 2 )* RDE (monitoring) RDE (compl. factor) RDE (stringent compl. factors?) PN RDE (compl. factor) PN RDE (stringent compl. factors?) CO 2 Phase-in of 130 g/km Phase-in of 95 g/km** 130 g/km (or adapted to WLTC)* 95 g/km (or adapted to WLTC)* adopted proposed discussed rumors * WLTC implementation dates under discussion, latest with Euro 6c, CO 2 correlation factors under development ** 95 % of the manufacturer s fleet must meet the 95 g/km standard in 2020 Source: AVL / TCMV Meeting May 2013 / CIRCABC February 2014 / LAT December 2013 LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 47

48 Euro 6 Expected Changes EU The WLTC will replace the NEDC cycle for CO 2 as well as for emission homologation latest in 2017 with EU6c legislation. Additionally Real Driving Emissons (RDE) will be monitored. LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 48

49 Euro 6 Expected Changes EU Real Driving Emissions RDE LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 49

50 Anforderungen - Motorentwicklung Fahrspaß Emission Verbrauch LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 50

51 Fahrspaß Fahrspaß ist neben der nüchternen Erfüllung der Transportaufgabe ein wichtiges Kundenbedürfnis. LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 51

52 Anforderungen an Fahrzeugmotoren Segmentspezifische Priorisierung Kleinwagen B-Segment Untere Mittelklasse C-Segment Obere Mittelklasse E-Segment Compact Van Mittelklasse D-Segment LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 52

53 Anforderungen an Fahrzeugmotoren Segmentspezifische Priorisierung Die Segmente haben unterschiedliche Priorisierungen der Anforderungen an den Motor Die Motorentechnologie ist unterschiedlich bewertet Spektrum reicht von Preis-orientiert bis zu Technologie-orientiert LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 53

54 Anforderungen an Fahrzeugmotoren Folgerungen für den optimalen Motor Den einen optimalen Motor / die eine optimale Technologie zur Verbrauchsreduzierung für alle Segmente des Marktes gibt es nicht. Für das Ziel der Flottenverbrauchsreduzierung gilt: Nur ein verkauftes Fahrzeug kann einen Betrag zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs leisten. LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 54