Technologien zur Erreichung der CO2 Technologies to ... SSM-Tagung 2012... · Combinations of...
Transcript of Technologien zur Erreichung der CO2 Technologies to ... SSM-Tagung 2012... · Combinations of...
1 GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologien zur Erreichung der CO2-Ziele
Gasoline Systems
Technologien zur Erreichung der CO2 – Grenzwerte bei Pkw
Technologies to achieve the CO2-targets for passenger cars
Martin Rauscher
2 GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
AgendaMarket drivers for future vehicle developments
CO2 – emissions legislation
Status
CO2 emissions of vehicles sold in Europe
Technology trends
Potentials of powertrain measures
Engine measures
Start stop coasting
E-mobility
Combinations of different measures
Summary
3
Major market drivers for powertrain improvement
GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
Driving comfort Noise, vibration, harshness Shift- & launch quality Easy driving
Image & Emotions Fuel Economy Labeling Willingness to pay
for green image and emotions
Variants Globalization Powertrain & vehicle
diversification Fuel differences
Quality and Safety Reliability, Robustness ISO26262
City Restrictions Ban on driving Specific traffic lane, parking
Costs Affordable mobility (price, TCO) OEM entry efforts (invest, E&A) Incentives and taxation
Fuel Economy / CO2 CO2 fleet targets
W-EU: 130/95g CO2/kmUS CAFE: 34,1 mpg in 2016
Fuel availability (“Peak Oil”)
Fun to Drive Power and low end torque Response time (dynamics)
Emissions & Diagnosis EU6 (PM/PN, ext. EOBD) LEV III (SULEV20, PM) Worldwide Driving Cycle Real Driving Emissions
4 GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
Development CO2 Fleet Targets
0
50
100
150
200
250
2010 2015 2020
EU US CAFÉ Japan China Korea
CAFE LT/MDV
CAFE PC
CO2g/kml/100
km
8,67,5
6,45,7
4,33,8
2,11,9
CAFE = Corporate Average Fuel Economy PC = Pass. Cars LT / LDT = Light Trucks (pick-ups, vans, SUVs) MD(P)V = Medium Duty (Pass.) Vehicles LCV Light Commercial Vehicles
gasoline(diesel)
130
175EU LCV
EU PC
95
147
114 / 116
proposed
183 166
119
146166
192
217
229mpg
22,324,9
36,541,6
54,862,3
110125
5
Overview GS engine measures for efficiency
GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
ICE PTEfficiency
Lean Burn(lambda >1 combustion, EGR)
De-throttling
Extreme Downsizing(downsizing to 1.1L)
eDZ
Cylinder Deactivationhalf engine operation w/ switching
CDA
LB
BestEfficiencyOperation
Optimized Combustion(charge motion, )
ICE Friction Reduction(electric auxiliaries & extr. mech. friction)
OC
FR
ICEOperation
points
Downspeeding(gear ratios, shifting, n_max)
Start/Stop(no idle operation in stand-still)
Start/Stop Coasting
DoSp
SSC
S/S
EnergyRecuperation
Electric Recuperation(for example w/ 48V BRS)
ReCu
6
Europe: Overview Vehicle CO2 emissions
GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
CO
2em
issi
on [g
/km
]
Curb weight [kg]
Diesel SIHybridBest in Class SI
95 gCO2/km
130 gCO2/km
Quelle: DAT CO2Leitfaden
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
250
230
210
190
170
150
130
110
90
70
50
7
Europe: Cars with low CO2 emissions
GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
DS
/MK
S 1
200
13 R
2
CO
2em
issi
on [g
/km
]
Curb weight [kg]
SIBest in Class SI
Quelle: DAT CO2Leitfaden
1200 1400 1600
250
230
210
190
170
150
130
110
90
70
501.0l DI T/C, 74 KW, 109 gCO2/kmwith extreme Downsizing
1.4l DI T/C, 90 KW, 120 gCO2/kmwith Cylinder Deactivation
Technologies:
Start/Stop 12 of 12 Controlled Auxiliary 12 of 12Friction reduction 12 of 12Downsizing / TC 11 of 12 VVT 11 of 12Downspeeding 10 of 12Direct Injection 9 of 12VVL 3 of 12
Best in Class
8
FE for Compact Class vehicle *
GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
60
70
80
90
100
110
120
130
140
95
1: Further Downspeeding:adaption of final drive (20%) improved boosting system
2: Optimized Combustion:reduction of unburned fuel +2 units (const. knock)
3: Red. of throttling lossesred. by 70%: stratified and/or lean burn, ideal exhaust after-treatment
4: Engine friction reduction
OC
FR
DoSp
eDZ
LB
CO
2 g/
km
Base Down-speeding
Optimizedcombustion
De-throttlinglean-burn
frictionreduction
WLTC
NEDC
ASSUMPTIONS
DoSp
OC
LB
FR
I4, 1
.4 l,
DI /
TC
, 100
kW
I3, 1
.1 l,
DI /
TC
, 100
kW
*) 1400 kg, MT
9 GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
Evolution of Start/StopIn
nova
tion
line
Time line
Start/Stop Coasting~120 km/h
CO2 targets 2012 CO2 targets 2015ff CO2 targets beyond 2015ff
Advanced Start/Stop, Stop-in-Gear
Start/Stop &Start/Stop Eco
~0 km/h
10 – 20 km/h
24
6
x 1000 / min00040
80 120
160
200km/h000
AStart
Stop
AStart
Stop24
6
x 1000 / min
40
80 120
160
200km/h000 202020
AStart
Stop24
6
x 1000 / min
40
80
160
200km/h
120120120
000Coasting
10
„Start/Stop Coasting“ (SSC): Overview
GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
Start/Stop Coasting
veh.
spe
ed
fuel cut off
rolling distance
effect: reduced drag torque
drivetrain open & engine off
starter system
starter cycles, CoM ability, start time, NVH pinion starter & clutch start OR advanced starter systems/BRS (up to 600k starts)
power net
cyclic load & redundancy (~37% engine-off time in comparison to ~10% with Start/Stop) two energy sources (e.g. 2 batt.-PN)
transmission
DCT - dry, AMT AT, CVT,
DCT - wetnone advanced hydr. system,
el. oil pump, …
steering
electrification: el./el.-hydr. power steeringbase in most vehicles
syst
emre
quir
emen
tssy
stem
requ
irem
ents
G SVVC
engine trans-mission
Coasting
increasedrolling distanceincreasedrolling distance
11
CO2 benefit
GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
WLTC (V4)21% SSC share
official test cycle
≥2014…2020
base: 6.36 l/100km
FTP7520% SSC share
official test cyclesTODAY
base: 6.21 l/100km
7%7%
5%5%6%6%
up to 8%up to 8%
2%2%
NEDCno Coasting
base: 6.18 l/100km
4%4%
up to 9%up to 9%
New legisla-tion
New legisla-tion
base: Compact Class, 1.4L DI-TC gasoline, 7-gear DCT (dry, el-hydr), w/o St/St, w/ intelligent generator control, Power net: Pel=300W
~0%Start/Stop
normal27% SSC share
real-life cycle(Stuttgart cycle)
base: 6.62 l/100km
up to
10%up to
10%
4%4%
up to 8%(heavy traffic)
max. eco.47% SSC share
4%4%
up to 8%(heavy traffic)~2%~2%
SSC
IDC~3%~3%
up to
~22%up to
~22%
SSC
SSC
IDC
SSC
IDC
up to
~9%up to
~9%SSC IDCCoast-
ing IDCt.b.d.
~0%
12
Powertrain Electrification
GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
Electrification of AuxillariesMechanicalCoupled, e.g.:• engine fan• water pump• steering pump
Electrified,e.g.:• switched fan• elec. water pump• elec. steering
SophisticatedControl, e.g.:• PWM fan• thermal management
• generator control
Overall energy efficient vehicle,e.g.:• X by Wire• C2X• Smart HMI • …
Electrification of Propulsion
• Start / Stop• Start / Stop Coasting
• Advanced Recuperation
• Electrical Torque Assist
• Mild Hybrid• Strong Hybrid
• Plugin Hybrid
• EV with REX• Pure EV
13 GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
e-Drive System
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Mild HEV
StrongHEV
Plug-inHEV City
EV
CompactEV
Perfor-mance
EV
Per
form
ance
(kW
)
e-Machineas
IntegratedMotor
Generator
e-Machineas
Separate Motor
Generator
PowerElectronic
Inverter with
IntegratedConverter
40%
40%
20%
70%
20%
~10%
Hybrid Systems Electr. Vehicle Systems Bosch Electric Powertrain
Market shares 2015
14 GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
CO2-benefit vs. cost for CC vehicle base 2020
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
1600 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
CO
2 [g
/km
]
NEDC ICE powerreduction
vehicle size reduction
PHEV Real-life CO2 depends on
driving range patterns. Higher driving
performance due to electric add-on torque.
Min e-range required to satisfy consumer expectations of e-motion
G……km
SI-ICE Highest CO2/cost-benefit
w/ cost efficient measures. 95g for gasoline w/ ICE
measures possible
w/ BRS and mass+cw×Areduction (SC class)
SCGx
Gx
SCGx
G130km
G020km
PHEV40 kW
G110km
Gx
OEM add-on system cost
Base I4, 1.4 l, DI / TC, 100 kW
G1
G1HEV
G1
15 GS/ESC2 | 27.09.2012 | © Robert Bosch GmbH 2012. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Technologies to achieve the CO2-targets for PC
Gasoline Systems
Summary
The CO2 limit of 130 g/km can be achieved with todays technologies forSI engines in compact class
This was achieved by a summary of detail optimizations
Downsizing and Gasoline direct injection are mainstream measures
Coasting allows further reduction of more than 10%
Additional improvements are only achievable with hybridisation
Willingness to pay for electrified powertrains depends on tangible end consumer benefits