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Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien

LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 1

WEITERENTWICKLUNG DES

OTTOMOTORS

Prof. Dr. Uwe D. Grebe



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Weiterentwicklung des Ottomotors

Überblick über die Randbedingungen der

Neuentwicklungen von Ottomotoren

Darstellung der aktuellen Technologie-Trends

Möglichkeiten zur Verbesserung der Motorarchitektur

Ausblick auf die Ottomotoren der Zukunft

Zielsetzungen der Vorlesung



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Blockveranstaltung

8. Juni 2015 9:00 bis 16:00 Uhr

9. Juni 2015 9:00 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 (www.ifa.tuwien.ac.at/)

Ablauf der Vorlesung

http://www.ifa.tuwien.ac.at/



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1. Entwicklungsrandbedingungen1.1 Gesetzliche Vorschriften1.2 Anforderungen von der Kundenseite

2. Verbrauchsreduzierung2.1 Thermodynamik

(Benzindirekteinspritzung, variable Ventiltriebe, Ladungsverdünnung, ...)2.2 Reibungsreduzierung2.3 Downsizing, Lastpunktverschiebung

3. Alternative Kraftstoffe

4. Volllastverbesserung4.1 Luftaufwandsverbesserung bei freisaugenden Motoren4.2 Aufladung

5. Reduzierung der Abgasemissionen5.1 Motorinterne Maßnahmen5.2 Abgasnachbehandlung

6. Verbesserte Architektur6.1 Gewichtsreduzierung6.2 Kostenreduzierung6.3 Komfortverbesserung

7. Aktuelle Technologieeinführungen bei Ottomotoren

8. Entwicklungstendenzen für die Zukunft

Gliederung



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Quo Vadis – Powertrain ?

Es hat sich eine Vielfalt an Powertrain (Antriebsstrang-) Technologien

im Markt etabliert; weitere Varianten befinden sich in der Entwicklung



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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 ?



28pt fett West Europa – PKW-Neuzulassungen

Gas-DI

0%

20%

40%

60%

80%

100%

85 87 89 91 93 95 97 99 '01 '03 '05 '07 '09 11 13 15 17 19

2 Ventil –

Ottomotoren

(Saugrohreinspritzung = PFI)Mehrventil –

Ottomotoren

(PFI)

CI DI

(Diesel)

CI IDI (Diesel)

Ma

rkta

nte

il

SI DI

Kalender-Jahr

Marktentwicklung: PKW Antriebe

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)

Quelle: GM, ACEA, Stand 2014

53,1%

(2014)

Abschätzung



28pt fett

Mark

tante

il in

%

SIDI

Marktanteile in West Europa (Jahr 2014)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Diesel-Motor

Ottomotor

Quelle: ACEA, Zulassungsstatistik, Stand 2014

Länderspezifischer Ottomotoranteil



28pt fett

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



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Prognose der weltweiten Fahrzeugproduktion



28pt fett

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



28pt fett

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?



28pt fett

Grenzen der Batterietechnologie

Quelle: GM

Batterien haben heute noch entscheidende Nachteile:

geringe Speicherdichte, hohe Kosten, lange Ladezeit

Batterieelektrisches Fahrzeug



28pt fett

LA92 Testzyklus

FTP 72 Zyklus

Manhattan

Stadtzyklus

0 200 400100 300 500 600 700

Fahrzeug - Reichweite/ km

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

3.0

2.8

rela

tives F

ahrz

euggesa

mtg

ew

icht

Kundenerwartung

C Segment Fahrzeug

(Golf-Klasse)

Fahrzeuggewicht über Reichweite

Quelle: GM, Stand 2011


Geforderte Reichweite bestimmt das Gesamtgewicht des Elektrofahrzeugs.

Bei konventioneller Karosserietechnologie etwa Verdopplung (500 km).



28pt fett

Reichweite im Realbetrieb

Quelle: GM

Die Reichweite batterieelektrischer Fahrzeuge hängt sehr stark von der

Fahrweise und der Umgebungstemperatur ab.




28pt fett

-5

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Umgebungstemperatur / °C

An

teil

be

zo

ge

n a

uf d

ie

ma

x. e

lektr

isch

e R

eic

hw

eite Eco

Fahrweisekein HVACnormale Fahrweisekein HVAC

normale Fahrweise mit HVAC (20°C)

Komfortzone der Batterie

Großer Einfluss von:

Umgebungstemperatur

Fahrstil / Leistungseinsatz

Innenraumheizung und -kühlung

Reichweiten - Unsicherheit

Quelle: GM

Die Reichweite batterieelektrischer Fahrzeuge hängt sehr stark von der

Fahrweise, Klimatisierung und der Umgebungstemperatur ab.


HVAC = Heating,

Ventilation, Air

Conditioning



28pt fett

670 L

830 kg

SystemBatterie-zellen

540 kg

360 L

Lithium Ionen Batterie100 kWh elektrische Energie

46 L

43 kg

System

Diesel

Kraftstoff

33 kg

37 L

260 L

125 kg

SystemWasserstoff

6 kg

170 L

Kompr. Wasserstoff 700 bar6 kg H2 = 200 kWh chemische Energie

Fahrzeug Energiespeicher

Gewicht und Volumen für 500 km Reichweite

Quelle: GM

Bei Berücksichtigung der Gesamtwirkungsgrade der Fahrzeuge ist die Batterie

etwa 20mal schwerer.



28pt fett Prinzipieller Aufbau

Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle

H+

H+

Kathode

4e-

Anode

Elektrische Last

Wärme

H2

H2O Restgas

O2/Luft2 H

2

4 H

++

4 e

-

4 H

++

O2 +

4 e

-

2 H

2O

H+

H+

Polymer-Elektrolyt-

Membran

KatalysatorKatalysator

Quelle: GM



28pt fett Systemübersicht

Brennstoffzellen-Fahrzeug

Wasserstoff-Einfüllstutzen

Druckwasserstoff-

Speichertanks

Leistungsbatterie

SteuergerätGleichspannungswandler

Elektrischer Antriebsmotor

Wasserstoffzuführung

Kühler

Brennstoffzellen-Stack

Luftfilter

Leistungsverteilung

Kühlmittelbehälter

Quelle: GM



28pt fett

Tank-to-Wheel

Tank-bis-Räder

Well-to-Tank

Quelle-bis-Tank

Well-to-Wheel

Quelle-bis-Räder

Well-To-Wheel Studie

Quelle: GM



28pt fett

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Energ

ieaufw

and

Wasserstoff, flüssig

Wasserstoff, kompr. 350bar

Benzin

Diesel

Rohstoffgewinnung bis zum Fahrzeugtank

1,6

2,1

1,21,0

USA spezifisch

3 ... 5 %

Rohstoff-

förderung

und Transport

13 ... 58 %

Kraftstoff-

produktion0,5 ... 4 %

Kraftstoff-

verteilung

Energieverbrauch



28pt fett

0

1

2

3

4

5

6

Energ

ieaufw

and

Brennstoffzellen-Fahrzeug, H2kompr. (350 bar)

Diesel-Fahrzeug

Rohstoffgewinnung bis zur Transportleistung

64%

75%4,5

5,1

Vorkette USA-spezifisch

Energieverbrauch der Gesamtkette



28pt fett

• 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

Energiedichte

Gravimetrische und volum. Dichte incl. Speichertank

10

100

1000

10000

100000

10 100 1000 10000 100000

Gasoline

Diesel

H2 700 bar

Li-Ion

Blei-

Säure

NiMH

Ethanol

Gra

vim

etr

ische E

nerg

iedic

hte

(Wh/k

g)

Volumetrische Energiedichte (Wh/I)

Batterien:



28pt fett 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

Langfristige Marktentwicklung



28pt fett

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



28pt fett


1. Entwicklungsrandbedingungen1.1 Gesetzliche Vorschriften1.2 Anforderungen von der Kundenseite

2. Verbrauchsreduzierung2.1 Thermodynamik

(Benzindirekteinspritzung, variable Ventiltriebe, Ladungsverdünnung, ...)2.2 Reibungsreduzierung2.3 Downsizing, Lastpunktverschiebung

3. Alternative Kraftstoffe

4. Volllastverbesserung4.1 Luftaufwandsverbesserung bei freisaugenden Motoren4.2 Aufladung

5. Reduzierung der Abgasemissionen5.1 Motorinterne Maßnahmen5.2 Abgasnachbehandlung

6. Verbesserte Architektur6.1 Gewichtsreduzierung6.2 Kostenreduzierung6.3 Komfortverbesserung

7. Aktuelle Technologieeinführungen bei Ottomotoren

8. Entwicklungstendenzen für die Zukunft

Gliederung



28pt fett

Verdoppelung des Mobilitätsbedarf bis 2050

0

20

40

60

80

2000 2010 2020 2030 2040 2050

Africa

Latin America

Middle East

India

Other Asia

China

Eastern Europe

FSU

OECD Pacific

OECD Europe

OECD North America

Pkm

/Jahr

in B

illio

nen (

10

12)

[Quelle: WBCSD Mobility 2030]

Fahrleistungen (zurückgelegte Fahrstrecken, Personen-Kilometer)

nehmen in China und Indien stark zu



28pt fett

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



28pt fett Abgas- und

Verdunstungs-

emissionen

Crashanforderungen:

Fußgänger – Schutz

Insassen – Schutz

Kraftstoffverbrauch

und

CO2-Ausstoß

Geräuschemission

Funkentstörung,

elektromagnetische

Störfestigkeit

Gesetzliche Anforderungen



28pt fett

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



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Phase 1: NT*) 1. Okt. 2005 (Neue Front)

NR*) 31. Dez. 2012

Unterschenkel

v = 40 km/h

Grenzwerte

a 200 g

a 21°

s 6 mm

Oberschenkel

(Monitoring)

v = 20...40 km/h

Grenzwerte

F 5 kN

M 300 Nm

EEVC-

Erwachsenenkopf

(Monitoring)

v = 35 km/h

m = 4,8 kg

Grenzwert

HPC 1000

∢ 35°

ISO-Kinderkopf

v = 35 km/h

m = 3,5 kg

Grenzwerte

1/3: HPC 2000

2/3: HPC 1000

∢ 50°

*) NT Neue Modelle

NR Alle Erstzulassungen

Phase 2: NT*) 1. Sept. 2010

NR*) 1. Sept. 2015

EEVC-Kinderkopf

v = 40 km/h

m = 2,5 kg

Grenzwert

HPC 1000

Oberschenkel

v = 20...40 km/h

Grenzwerte

F 5 kN

M 300 Nm

Unterschenkel

v = 40 km/h

Grenzwerte

a 150 g

a 15°

s 6 mm

∢ 65°

∢ 50°

EEVC-

Erwachsenenkopf

v = 40 km/h

m = 4,8 kg

Grenzwert

HPC 1000

Technische Anforderungen in EuropaStand 19. Feb. 2003

Fußgängerschutz

Quelle: Opel



28pt fett Freier Deformationsraum für den Kopfaufprall

Fußgängerschutz

Opel Signum

6-Zyl. Diesel

Motorhaube virtuell um etwa 80 mm

abgesenkt

– betroffene KomponentenQuelle: Opel



28pt fett

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)



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CO2/GHG

RDE

Real Driving

Emissions

In use

Conformity

Verbrauchs- und Emissionsgesetzgebung

Trends

Videos/01_2011-03-22-Move-mit Text-Bitrate-5000.mp4

Videos/01_2011-03-22-Move-mit Text-Bitrate-5000.mp4



28pt fett

Source: ICCT, November 2013, Global Transportation Energy and Climate Roadmap / AVL

US PC 2025: 91

EU 2025: 68-78* EP

*Proposed env. committee EP April 2013

EU 2012-15:

< 50 g CO2/km for

Supercredits

2025 targets exactly defined before 2017

EU 2020-22:

< 50 g CO2/km for Supercredits )

1)

1) 95% of the manufacturer‘s fleet

must meet 95 g CO2/km in 2020,

100% in 2021

South Korea: 97 g CO2/km for

2020 is under discussion

Anforderungen Verbrauch/CO2 (global)



28pt fett

CO2 Verordnungen in Europa - 2015Anwendung:

• Alle Fahrzeuge erstmalig zugelassen in EU27

Referenzgewicht<2610kg

Personenwagen (M1) Leichte Nutzfahrzeuge (N1)

Zielfunktion:

• Zieldefinition auf Basis der Masse

(marktgewichtete lineare Trendfunktion)

politische Anpassung der

Steigung auf 60%

Keine Anpassung der

Steigung

Zielwert:

• Flottenziel für den Gesamtmarkt, OEM

spezifische Ziele abhängig vom Gewicht der

OEM-Flotte

130g CO2/km 175 g/km

“Phase-in”:

• Mittel aus x% aller verkauften Wagen eines

Herstellers

65% in 2012, 75% in 2013, 80%

in 2014, 100% in 2015

75% in 2014, 80% in 2015,

100% in 2016

Überschreitungsabgabe:

• Abgabe pro Gramm CO2 multipliziert mit der

Anzahl aller verkauften Fzge eines Herstellers

2012 - 2015: 0-1g: 5€ / 1-2g: 10€

/ 2-3g: 15€ / >3g: 95€

nach 2015: 95€/g

2014 - 2018: 0-1g: 5€ / 1-

2g: 10€ / 2-3g: 25€ / >3g:

95€

nach 2018: 95€/g

“Eco-Innovations” :

• Technologien die einen quantifizierbare CO2

Reduzierung bringen, aber nicht oder nur

unzureichend im Zyklus berücksichtigt sind

7g/km “cap” für Gutschriften auf

den Herstellerdurchschnitt

7g/km “cap” für Gutschriften

auf den

Herstellerdurchschnitt

“Super Credits”:

Fahrzeuge < 50g/km CO2 im Zyklus;

Multiplikation des Verkaufsvolumens mit einem

Faktor

3.5x 2012/3.5x 2013/2.5x

2014/1.5x 2015

3,5x 2014 / 3,5x 2015 /2,5x

2016 / 1,5x 2017

(max. 25000 Einheiten)

Langfristziel:

Zieldefinition für das Jahr 2020 (gesetzlicher

Wert!)

95 g/km 147 g/km



28pt fett

EU CO2 Verordnung – Phase-in (Pkw)

65%75% 80%

100%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

2012 2013 2014 2015

Ante

il alle

r verk

auften F

ahrz

euge

• Balken zeigen den Prozentsatz aus der Flotte die den Zielwert erreichen muss.

• Zielwert berechnet aus 100% der verkauften Fahrzeuge

Anteil

produzierter

Fahrzeuge,

die nicht

berücksichtigt

werden



28pt fett Jeder Hersteller muss pro Kalenderjahr seinen

Zielwert erreichen

EU CO2 Verordnung – Zielfunktion

Zielwert

Hersteller B

Zielwert

Hersteller C

Zielwert

Hersteller A

Delta zwischen CO2 Status

und CO2 Ziel führt zu

Strafzahlungen

Ziellinie

Erlaubte

durchschnittliche

CO2-Emission der

Herstellerflotte

[g/km]

Durchschnittliches

Gewicht der

Herstellerflotte [kg]



28pt fett

Source: European Federation for Transport and Environment (T&E)

EU 2012 – CO2 Status EU

http://www.iconarchive.com/show/multipurpose-alphabet-icons-by-hydrattz/Letter-I-blue-icon.html










28pt fett

The European Parliament adopted at first reading on 25 February 2014 the 2020 target to reduce CO2 emissions from new passenger cars. Next Step: European Council 1st reading position and agreement

CO2 target: From 2020 onwards, the Regulation sets a target of 95 g CO2/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 CO2/km target: Each new passenger car with specific CO2 emissions of < 50 g CO2/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 CO2/km over that period for each manufacturer.

Eco-Innovations o CO2 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 CO2/km.

EUPKW – CO2 Emissions 2020/21











28pt fett

Determination of CO2 emissions from 2020: Specific emissions of CO2 = 95 + 0,0333 x (M – M0) Where: M = mass of the vehicle in kilograms (kg) M0 = 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 CO2 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 CO2 = 130 + 0,0457 × (M – 1372)

Where: M = mass of the vehicle in kilograms (kg) From 2016:

Specific emission of CO2 = 130 + 0,0457 x (M – M0)

Where : M = mass of the vehicle in kilograms (kg) M0 = the value adopted by 31 October 2014 to the average mass of new passenger cars in the EU in the previous three calendar years

PKW – CO2 Emissions 2020/21 EU











28pt fett

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 CO2 emission targets for new passenger cars beyond 2020, including the possible setting of a realistic and achievable target for 2025.

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 CO2 emissions targets for new passenger cars for the period beyond 2020.

EUPKW – CO2 Emissions 2020/21











28pt fett

Exhaust Emission Legislation Global

Source: AVL EmRep, 2013, http://www.integer-research.com/environment-emissions/legislation/, 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, www.stallwanger.net / February 2013

http://www.stallwanger.net/



28pt fett

Emission and GHG/CO2 standards

Fuel Efficency ?

EU

USA

CARB

China

China Beijing

India

India Cities

Euro 5 (Sept. 2011: incl. PN Limit)

2012 2014 2016 2018 2020 2022

Euro 6 (incl. PN Limit)

Tier 2 Tier 3 (Phase-in)

LEV II LEV III (Phase-in)

03/2014

Phase 4 Gasoline (Diesel delayed)1 Phase 5

Phase 4 Phase 5 gasoline ² Phase 6 ??

1 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

CO2 (Phase in 2012-2015)

GHG and FC GHG and FC

GHG GHG and FC

Stage 2: Fuel Economy Stage 3: 2012-2015

Stage 2: Fuel Economy Stage 3: 2012-2015

Bharat 3 ? Bharat 4 ?

Bharat 4 ? Bharat 5 ?

Fuel Efficency ?

CO2 (2020/2021)

Stage 4: Fuel Economy (Phase-in 2016-2020)

Stage 4: Fuel Economy (Phase-in 2016-2020)



28pt fett

Wesentlicher Beitrag zur Emissionsreduzierung

~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

100%

1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010

20%

40%

60%

80%

0%

1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010

20%

40%

60%

80%

0%

HC+NOx

PM

Diesel

CO

HC+NOx

Petrol

source: ACEA

-100%

-90%

-80%

-70%

-60%

-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

2009

2011

2013

2015

Emission limits reduction Diesel

CO

HC + NOx

PM (mass)

-100%

-90%

-80%

-70%

-60%

-50%

-40%

-30%

-20%

-10%

0%1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

2009

2011

2013

2015

Emission limits reduction Gasoline

CO

HC

NOx

Europa



28pt fett

Compression

Ignition

Engines

(Diesel)

Positive

Ignition

Engines

(Gasoline)

EU PC Euro 1-6 Emission Standards

1992 1996 2000 2005 2009 2011 2014 2017

CO 2720 2200 2300 1000 1000 1000 1000

HC 200 100 100 100 100

NMHC 68 68 68

HC + NOx 970 500

NOx 150 80 60 60 60

PM only GDI 5 4.5 4.5

PN only GDI 6E12

mg/km

mg/km

mg/km

mg/km

mg/km

mg/km

#/km

2720 1000 640 500 500 500 500

970 560 300 230 230 170700

500 250 180 180 80

140 80 50 25 5 4.5 4.5

6E11 6E11

CO

HC + NOx

NOx

PM

PN

mg/km

mg/km

mg/km

mg/km

#/km

EU-1 EU-2 EU-3 EU-4 EU-5a EU-5b EU-6b

no change change

EU-6c

6E11

1000

100

68

60

4.5

500

170

80

4.5

6E11



































28pt fett

Euro 6 Expected ChangesL

imits

Te

st p

roce

dure

RD

EC

O2

Lim

it

NEDC (Emissions) WLTC (Emissions)*

130 g/km (or adapted to WLTC)* 95 g/km (or adapted to WLTC)*

Source: AVL / TCMV Meeting May 2013 / CIRCABC February 2014 / LAT December 2013

Euro 6b EU 6cEuro 6c ?

adopted

proposed

discussed

rumors

RDE (monitoring) RDE (compl. factor) RDE (stringent compl. factors ?)

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

NEDC (CO2) WLTC (CO2)*

PN RDE (compl. factor) PN RDE (stringent compl. factors ?)

Phase-in of 95 g/km**

Phase-in of 130 g/km

* WLTC implementation dates under discussion, latest with Euro 6c, CO2

correlation factors under development** 95 % of the manufacturer‘s fleet must meet the 95 g/km standard in 2020

EU











28pt fett

The WLTC will replace theNEDC cycle for CO2 as well asfor emission homologationlatest in 2017 with EU6c legislation.

Additionally Real DrivingEmissons (RDE) will bemonitored.

Euro 6 Expected Changes EU











28pt fettReal Driving Emissions RDE

Euro 6 Expected Changes EU











28pt fett

Anforderungen - Motorentwicklung

Verbrauch

Fahrspaß

Emission



28pt fett

Fahrspaß ist neben der

nüchternen Erfüllung der

Transportaufgabe ein

wichtiges Kundenbedürfnis.

Fahrspaß



28pt fett

Untere MittelklasseC-Segment

Anforderungen an Fahrzeugmotoren

Obere MittelklasseE-Segment

MittelklasseD-Segment

Segmentspezifische Priorisierung

KleinwagenB-Segment

Compact Van



28pt fett


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



28pt fett


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.

Weiterentwicklung des Ottomotors · Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien LVA 315.032,...

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