Nachlese zum 29. Internationalen Wiener Motorensymposium

ÖSTERREICHISCHER VEREIN FÜR KRAFTFAHRZEUGTECHNIK (ÖVK)
AUSTRIAN SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS
Mitglied in der FISITA (Fédération Internationale des Sociétés d’Ingénieurs des Techniques de I’Automobile) und in der EAEC (European Automobile Engineers Cooperation)
29. Internationales
Wiener Motorensymposium
am 24. und 25. April 2008
29th International
Vienna Motor
Symposium
April 24 and 25, 2008
Von/By Hans Peter Lenz
MTZextra
MTZ Motortechnische Zeitschrift 69 (2008) | Vieweg+Teubner | GWV Fachverlage GmbH | Wiesbaden | Germany
Ta g u n g s b e ric ht
Wiener Motorensymposium
29. Internationales
Wiener Motorensymposium
Beim 29. Internationalen Wiener Motorensymposium am 24. und 25. April 2008 trafen sich wie
jedes Jahr führende Ingenieure der Motorenentwicklung und Wissenschaftler aus aller Welt.
Sie präsentierten ihre neuesten Entwicklungen und gaben Ausblicke auf zukünftige Trends. Der
vorliegende Bericht stellt Zusammenfassungen der Vorträge der einzelnen Sektionen vor.
MTZextra
1 Einleitung
Nach einer Begrüßungsfanfare, Bild 1,
ausgeführt durch Mitglieder des Orchesters der Technischen Universität Wien,
begrüßte Prof. Lenz, Bild 2, die Teilnehmer
des 29. Internationalen Wiener Motorensymposiums.
Prof. Lenz führte aus, dass wie alljährlich längst nicht alle Teilnehmerwünsche akzeptiert werden konnten, da der
Kongress mit 1000 Teilnehmern limitiert
ist, aber durch Kontingente für Firmen
und Organisationen eine umfassende
Vertretung aller wichtiger Repräsentanten des Fachgebietes gesichert ist.
Prof. Lenz wies auf die bedauerliche
Tatsache hin, dass die gewaltigen Fortschritte der letzten Jahrzehnte im Hinblick auf Schadstoffverminderung und
Verbrauchssenkung unserer Motoren
von der Politik und zum Teil auch von
der Öffentlichkeit nicht genügend zur
Kenntnis genommen werden.
Eine große Gefahr bezüglich der CO2Klimadiskussionen sieht Prof. Lenz darin, dass sich das Thema „Klimawandel,
Treibhausgase“ mittlerweile verselbständigt hat. Außer besorgten Wissenschaftlern haben sich „Klimaprofiteure“ dieses
Gebietes bemächtigt:
Nach Schätzungen sollen allein in der
EU bereits 140 Milliarden Euro in so genannte Klimaschutzfonds investiert sein,
um – wie behauptet wird – „auf nachhal-
tige Weise im Kampf gegen den Klimawandel aktiv zu sein“. Diesen Fonds geht
es nicht nur um das Klima, sondern auch
um Kursgewinne – und sie müssen daran
interessiert sein, das Thema am Kochen
zu halten.
In verschiedenen Ländern wird versucht, der eigenen Automobilindustrie
Vorteile zu verschaffen, indem über den
Umweg der Politik den Herstellern höherwertiger Automobile Strafzölle aufgelastet werden.
In der Politik wird nicht selten das
Thema Klimawandel zur Selbstdarstellung verwendet, indem sich manche Politiker als Retter vor den von den Medien
gerne verbreiteten Schreckensszenarien
darstellen und indem sie zum anderen
das Thema zur Steuer- und Abgabenerhöhung verwenden.
Jede konventionelle Begründung zur
Steuererhöhung weckt erhebliche Widerstände, macht unbeliebt. Aber wenn
es um die Rettung des Klimas geht, da
glaubt man kräftig zulangen zu können;
da wird doch keiner dagegen sein! Grüne
Organisationen versuchen moralisierend
auf die Bevölkerung einzuwirken. Welche Autogröße ist noch moralisch, welche nicht; darf ich noch in den Urlaub
fliegen und wie weit darf ich reisen.
Der tschechische Präsident Vaclav
Klaus hat kürzlich den denkwürdigen Satz
geprägt: „Was heute auf dem Spiel steht,
ist nicht das Klima, es ist die Freiheit von
Bild 1: Begrüßungsfanfare durch Mitglieder des TU-Orchesters
Der Autor
Univ.-Prof. Dr. techn.
Hans Peter Lenz
ist Vorsitzender des
Österreichischen Vereins für Kraftfahrzeugtechnik (ÖVK) in Wien,
Österreich.
Bild 2: Begrüßung Prof. Lenz
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Wiener Motorensymposium
Bild 3: Sektion im Festsaal
uns allen“. Längst ist bekannt: Beim Kraftfahrzeug kostet die Verminderung von
1 t CO2 20 Mal mehr als in der übrigen Industrie. Die Autos werden immer sparsamer, aber stehen immer länger im Stau,
weil die Infrastruktur unzulänglich ist.
Es muss auch in Zukunft die Entscheidung des Konsumenten sein, welches Auto er kauft, ob ein großes oder kleines,
ob und wohin er im Urlaub fliegt.
Prof. Lenz gab der Hoffnung Ausdruck, dass dieser Kongress – neben seiner Hauptaufgabe der Diskussion über
Fortschritte im Motorenbau – auch hier
im positiven Sinne aufklärend wirkt.
Nach der gemeinsamen Plenar-Eröffnungssektion folgten in zwei Parallelsektionen, Bild 3 und Bild 4, die Fachvorträge
unter Leitung der Professoren H. Eichlseder, B. Geringer und G. Jürgens.
Eine umfassende und eindrucksvolle
Ausstellung neuer Motoren, Komponenten, Fahrzeuge ergänzte die Vorträge,
Bild 5. Bild 6 zeigt lebhafte Diskussionen
im Plenum, Bild 7 Teilnehmer in der Mittagspause vor der Hofburg.
Den Begleitpersonen wurde ein kulturell anspruchsvolles Rahmenprogramm
mit Führungen im Schloss Schönbrunn,
„Außergewöhnliches am Heldenberg und
weltoffene Klöster“, „Prachtbauten der
Ringstraße“ sowie „Alte Häuser – kleine
Gassen in der Altstadt von Wien“ geboten.
Den Abend verbrachten die Teilnehmer auf Einladung des Wiener Bürgermeisters in den prachtvollen Räumen
des Rathauses.
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2 Eröffnungsplenarsitzung
Den ersten Plenarvortrag der Eröffnungssitzung hielt Senator Ing. S. Wolf, Bild 8,
CEO, Magna International, Oberwaltersdorf, zum Thema „Russland – Ein neuer
Markt mit neuen Möglichkeiten und
Herausforderungen“:
Senator Wolf führte aus: Russland
zählt – neben China, Indien oder Brasilien – zu den Märkten mit den größten
Wachstumspotenzialen für die Automobilindustrie. Im Vergleich zu den anderen Wachstumsmärkten befindet sich
der russische Markt noch relativ am Beginn seines Wachstums und unterscheidet sich hinsichtlich anderer struktureller Eigenschaften von diesen. Obwohl
internationale Automobilhersteller, die
in Russland Produktionskapazitäten errichten, und traditionelle russische Hersteller vor teilweise völlig verschiedenen
Ausgangssituationen stehen, gibt es eine ganz wesentliche Gemeinsamkeit:
Der Bedarf für eine moderne, funktionierende und internationalen Standards
entsprechende Zulieferbasis. Die Geschäftsmöglichkeiten, die sich für kompetente Zulieferunternehmen daraus
ergeben, haben neben den Wachstums­
potenzialen dazu geführt, dass der russische Markt bei Magna International
einen besonderen strategischen Stellenwert einnimmt.
T. G. Stephens, Bild 9, Executive Vice
President – Global Powertrain and Global
Quality, General Motors Corporation,
Pontiac, MI, USA, berichtete über: „GM´s
Advanced Propulsion Technology Strategy – Lösungen zur Reduzierung der CO2Emissionen und zur Nutzung von vielfältigen Energiequellen”:
GM strebt an, durch die Entwicklung
einer Vielzahl von Technologien einen
Beitrag zur Nachhaltigkeit der Energiesys­
teme zu leisten. Dabei konzentriert sich
GM auf eine aus vier Komponenten bestehende Strategie:
–Wirkungsgradsteigerung von Motoren und Getrieben: Einführung von
zukunftsweisenden Antriebsstrangtechnologien, die Verbrauchs- und
Emissionsvorteile bieten
–Alternative Kraftstoffe: Verstärkte Nutzung von Antriebssystemen, die für
Bio-Kraftstoffe (Ethanol, E85, Bio-Diesel) geeignet sind
–Elektrifizierung des Antriebsstrangs:
Vorantreiben der Elektrifizierung
der Fahrzeuge durch die Einführung
von Hybrid- und Plug-in Hybridtechnologie sowie elektrischen Antriebssystemen
–Fuel Cell: Entwicklung eines produktionsfähigen, automobilen Brennstoffzellensystems, das Wasserstoff als
­Energieträger verwendet.
GM wird diese Produktverbesserungen
unter Nutzung seiner globalen Organization einführen.
Das Thema von K. Döhmel, Bild 10, CEO,
Deutsche Shell Holding GmbH, Hamburg, lautete: „Zukünftige Mobilität
durch neue Kraftstoffe”:
Die weltweite Nachfrage nach Mobilität wird dramatisch zunehmen. Schon
heute verbraucht der Verkehr fast die
Hälfte der globalen Erdöl-Produktion.
Die Energieversorgung des Verkehrs
muss im Kontext der globalen Energieversorgung betrachtet werden. Bei Shell
sieht man drei „Harte Wahrheiten“:
–ein beschleunigtes Wachstum der
weltweiten Energienachfrage
–die Schwierigkeit, diese Nachfrage
mit einfach zu förderndem Öl und
Gas zu decken
–einen weiteren Anstieg der weltweiten Kohlendioxid-Emissionen.
Der Verkehr verursacht etwa 25 % der
­energiebedingten CO2-Emissionen weltweit – und Motorisierung und Mobilisierung werden weiter wachsen. Kraftstoffe
können einen wichtigen Beitrag zur Lösung der globalen Energie- und Treib-
hausgas-Problematik leisten. Shell verfolgt in enger Zusammenarbeit mit führenden Automobil-Herstellern insbesondere drei Optionen:
–synthetische Kraftstoffe aus Erdgas
(GTL)
–biogene Kraftstoffe zweiter Generation
–Wasserstoff-Technologie.
Prof. Dr.-Ing. K. V. Schaller, Bild 11, Vorstand
Technik und Einkauf, MAN Nutzfahrzeuge AG, München, beschloss die Eröffnungssektion mit dem Thema: „Energieeffizienz- und Kraftstoffstrategien in
der Nutzfahrzeugentwicklung“:
Nutzfahrzeuge haben in der globalen
Betrachtung den identischen CO2-Emissionsanteil wie Pkw – jeweils zirka 6 %. Mit
den aus makroökonomischen Gründen
sicher eintretenden Zuwächsen in diesem
Segment ist die Nutzfahrzeug­industrie
gefordert, noch bessere Antworten auf hocheffizienten Transport – d. h. wie erbringen wir den Tonnenkilometer, unsere
Leistungseinheit, mit minimalem Energieeinsatz – zu finden. Erfreulicherweise
gibt es hier sehr viele effiziente Ansätze –
die stärksten Treiber sind Abmessungen,
Gewichte und damit verbundene Aerodynamikmaßnahmen. Die politische Begleitung ist hier, wie auch beim notwendigen
Infrastrukturausbau, nötig. Parallel dazu
müssen langfristig erfolgsversprechende
Kraftstoff-Strategien implementiert werden, die nicht nur im Labormaßstab funktionieren, sondern das Potenzial haben,
auch in Schwellenländern als Ergänzung
zu konventionellen Kraftstoffen wirtschaftlich und zuverlässig eingesetzt werden zu können.
Nicht zu vergessen sind die sich global sehr schnell entwickelnden Emissionsgrenzwerte. Besonders Schwellenländer folgen den hoch technisierten Ländern in immer kürzeren Zeitabschnitten.
Eine Weitergabe „alter“ Technologie ist
fast nicht mehr möglich.
Bild 4: Sektion im Zeremoniensaal
dieser Erwärmung in der öffentlichen
Diskussion immer noch ein gewisser
Disput. Im Zentrum dieses Disputs steht
das Klimagas Kohlendioxid. Sein anthro­
pogener Konzentrationsanstieg wird
von der großen Mehrheit der Klimaforscher, die im Intergovernmental Panel
for Climate Change (IPCC) zusammenarbeiten, faktisch für den Temperaturanstieg spätestens seit Mitte des letzten
Jahrhunderts verantwortlich gemacht.
Die Kritiker des IPCC dagegen halten
natürliche Einf lussfaktoren wie die
Sonne für wahrscheinlicher und/oder
bezweifeln die große Bedeutung des
CO2 sowie die Existenz des anthropogenen Treibhauseffektes.
Dieser Disput wäre vermutlich kaum
wahrnehmbar, hätte er nicht äußerst folgenreiche Konsequenzen: Die wahrscheinliche weitere Klimaentwicklung
unter einem unbesorgten „business-asusual“-Szenario für die Nutzung fossiler
Energierohstoffe und die begleitenden
Emissionen von CO2 führt nach Aussagen
des IPCC zu einer weiteren Klimaerwärmung von 2.5 bis 4.5 °C bis zum Ende
dieses Jahrhunderts. Da eine solche Erwärmung die globalen Lebensbedingungen ernsthaft gefährden würde, ist
Handlungsbedarf im Hinblick auf eine
substantielle Reduktion der globalen
CO2-Emissionen unumgänglich. Ein solcher Handlungsbedarf, der unumstritten
3 Umwelt
Prof. Dr. Dr.h.c. R. Zellner, Universität Duisburg-Essen: „Klimaerwärmung und die
Bedeutung des CO2“:
Während eine Erwärmung des Klimas um fast 1 °C seit Beginn der Industrialisierung von kaum jemandem bestritten wird, besteht über die Ursachen
Bild 5: Ausstellung
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Wiener Motorensymposium
einen massiven Eingriff in unsere Energieversorgungssysteme, ob stationär oder
mobil, bedeutet, wäre dagegen nicht nötig, falls die Rolle des CO2 im Klimasystem überschätzt wäre, wie die IPCC-Kritiker meinen.
Dr.-Ing. E.h. J. Liebl (Vortragender), Dr. C.
Cozzarini, Dipl.-Ing. G. Schmitz, BMW Group,
München: „Weltweite CO2-Gesetze – eine
Chance für die Automobilindustrie?“:
Klimawandel veranlasst viele Regierungen, Pläne zur drastischen Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs zu erstellen und kundenrelevante Instrumente
zur Förderung effizienter Technologien
wie Steuergesetze zu etablieren.
Diese Gesetzesvorgaben sind sehr heterogen und führen in Verbindung mit
den unterschiedlichen Zulassungstests
zu hohen Entwicklungsaufwendungen.
Zusätzlich beeinflussen CO2-basierte Steu­
ern und hohe Kraftstoffkosten das Kaufverhalten der Kunden.
Das Zusammenspiel von verfügbarer
Technik, Akzeptanz auf den Märkten
und gesetzlichen Vorgaben ist entscheidend für eine schnelle Durchdringung
mit CO 2-reduzierenden Maßnahmen
auf den Weltmärkten. Um diese Maßnahmen mit gewohnter Qualität entwickeln zu können, sind entsprechende
Vorlaufzeiten notwendig. Eine verantwortungsvolle Gesetzgebung hat diese
zu berücksichtigen.
Zudem muss die CO2-Reduzierung
mit kundenwerten Eigenschaften wie Sicherheit, Komfort und Dynamik verknüpft werden, sonst droht das marktseitige Scheitern. Voraussetzung für das
Gelingen sind international harmonisierte CO2-Verbrauchsgesetze mit zeitlich
ausgewogener Taktung, die sich vor
allem an den jeweiligen Potenzialen zur
Effizienz-Steigerung in den verschiedenen Marktsegmenten orientieren.
Dr.-Ing. J. Schommers (Vortragender),
Dr.-Ing. A. Lingens, Dr.-Ing. H. Breitbach,
Dipl.-Ing. T. Betz, Daimler AG, Stuttgart:
„Innovative Dieselmotorkonzepte – Der
Weg zur nachhaltigen CO2-Absenkung“:
In den letzten Jahren führten die
enormen Verbesserungen der thermodynamisch relevanten Dieselmotorkomponenten (Aufladung, Einspritzung, Abgasrückführung) und Auslegungen zu einer
signifikanten Verbesserung von Verbrauch, Fahrleistungen und Emissionen.
Trotz des enormen Drehmomentpotenzials konnten jedoch weitere Verbrauchspotenziale des Dieselmotors mittels Lastpunktverschiebung nicht erschlossen werden, da die Erfüllung der
Emissionsgrenzwerte und die Fahrbarkeitsansprüche des Kunden Grenzen
setzten. Durch gezielte thermodynamische Auslegung und neue, innovative
Technologiekomponenten können diese
Grenzen signifikant verschoben werden.
Das hier vorgestellte neue Vierzylinder-Konzept ermöglicht, in erhebli­chem
Umfang Verbrauchspotenziale mittels Betriebspunktverschiebung bei klassenüblichen Fahrleistungen zu realisieren. Dr.
Schommers zeigte die Vorgehensweise
und die Prämissen bei der Durchführung
der Downspeeding- und Downsizing-Ansätze auf, beschrieb die herausfordernden
thermodynamischen Ansprüche und er-
Bild 6: Lebhafte Diskussionen
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läutete das Konzept detailliert. Hauptstellhebel sind die Einspritzkonzepte sowie die Aufladetechnik.
4 Simulation
Dr. C. Trapp (Vortragender), Dipl.-Ing. P.
Feulner, Ricardo Deutschland GmbH,
Schwäbisch Gmünd; J. Andersson, S. Wrigley, B. Gilchrist, Ricardo UK, Shoreham-bySea: “Virtueller Werkzeug- und Methodenbaukasten zur Entwicklung zukünftiger emissionsarmer Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor – Strategie, Überblick
und ein beispielhafter Ansatz zur Modellierung der Versottung von Abgasrückführsystemen“:
Die Entwicklung zukünftiger emissionsarmer Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor sowie deren Steuergeräte und Diagnosesysteme verlangt unter den sich
immer weiter verschärfenden Zeit- und
Kostenrandbedingungen nach einem integrierten Werkzeug- und Methodenbaukasten zur Darstellung eines virtuellen
Fahrzeugs inklusive Steuerungs- und Regelungskonzept sowie einer virtuellen
Applikation. Damit kann in einer frühen
Phase des Entwicklungsprozesses das
Fahrzeugkonzept und die Komponentenauslegung mit einem Fokus auf Emissionen (insbesondere Stickoxide und Partikel), Kraftstoffverbrauch und Fahrbarkeit
über gesetzlich vorgeschriebene und
kundenrelevante Fahrzyklen auf Zielkonformität untersucht werden.
Beispielhaft wird dies an einer aktuellen Entwicklung eines phänomenolo-
Bild 7: Mittagspause vor der Hofburg
Bild 8: Senator Wolf (Magna) bei der Plenar-Eröffnungs-Sektion
gischen Ansatzes zur Gewinnung von
Vorhersagen über die Versottung von Abgasrückführsystemen auf Basis experimenteller Daten dargestellt, bei der sowohl zur Planung und Interpretation der
Versuche, als auch bei der Synthese des
empirischen Modells eine methodenbasierte Vorgehensweise gewählt wird.
Der vorgestellte Werkzeug- und Methodenbaukasten unterstützt, wie auch
beispielhaft ausgeführt, Projekte mit hohem Innovationshub durch eine frühzeitige Absicherung des Konzepts und vermeidet kostenintensive Änderungen
oder zeitaufwändige Applikationsprozesse kurz vor Serienstart.
Dipl.-Ing. K. Cornelsen, Prof. Dr.-Ing. T.
Form, Technische Universität Braunschweig; Dipl.-Ing. D. Jänsch, Dipl.-Ing. W.
Nietschke (Vortragender), Dr.-Ing. T.-M.
Wolter, IAV GmbH, Berlin/Gifhorn: „Neue
Methodik zur realitätsnahen Auslegung
hybrider Antriebskonzepte“:
Hybridantriebe sind hochkomplexe
Systeme. Ihre Wirksamkeit hängt maßgeblich von der richtigen Auslegung der
Komponenten und ihrer sorgfältigen Abstimmung aufeinander ab. Bei der Wahl
der Betriebsstrategie müssen die vorgesehene Einsatzart und das Gesamtsystem,
bestehend aus Umwelt, Verkehr, Fahrer,
Fahrzeug und Antrieb, berücksichtigt
werden. Ausgelegt werden Antriebssysteme heute offline in einer Gesamtfahrzeugsimulation, die die quantitativen
Werte der Fahreigenschaften eines Hybridkonzepts schon in der Entwurfspha-
se relativ genau vorhersagt. Qualitative
Werte und das eigentliche Fahrgefühl
werden hingegen unzureichend beschrieben. Sie können bisher erst in einer
späteren Phase des Entwicklungsprozesses mit dem Bau fahrfähiger Prototypen vermittelt werden.
Dieser Beitrag stellt ein Projekt vor,
das die Lücke zwischen Entwurf und Prototypenerprobung schließt. Projektziel
ist, einen im realen Straßenverkehr fahrfähigen Simulator zu entwickeln. Für
Entwickler und Kundenakzeptanzuntersuchungen stünde damit ein Werkzeug
zur Verfügung, mit dem es möglich wird,
neuartige Antriebssysteme schon in der
frühen Entwurfs- beziehungsweise Entwicklungsphase zu erproben, zu überprüfen, zu vergleichen, zu bewerten und
zu präsentieren. Damit wäre dann eine
präzisere Aussage über die zu erwartende Wirksamkeit des Konzepts in Abhängigkeit von der jeweiligen Einsatzsituation möglich.
Dipl.-Ing. T. Dobes (Vortragender), Dr.
P. Kapus, Dr. P. Schöggl, Dipl.-Ing. H. Jansen, Dipl.-Ing. E. Bogner, AVL List GmbH,
Graz: „CO2-Reduktion im realen Kundenfahrbetrieb – Einfluss der Motorkalibrierung”:
„Downsizing“ und „Downspeeding“
durch Turboaufladung und Direkteinspritzung bieten ein hohes Potenzial
zur Verbrauchsreduzierung bei Ottomotoren. Die System-Mehrkosten fallen
im Vergleich zu anderen technologischen Ansätzen moderat aus. Die gu-
ten Verbrauchswerte, die man im NormFahrzyklus darstellen kann, sind nur
dann in den realen Kundenverbrauch
übertragbar, wenn es gelingt, geringe
Volllast-Anfettungen und gutes transientes Ansprechverhalten in Kombination mit langen Getriebe-Übersetzungen
darzustellen.
Der vorliegende Beitrag vergleicht verschiedene Fahrzeuge mit VierzylinderTurbomotoren im NEDC und in einer
Kundenverbrauchsrunde mit sparsamer
und sportlicher Fahrweise.
Weiters wird an einem Fahrzeug gezeigt, wie bei unveränderter Hardware
der Fahrzeug-Charakter mit unterschiedlichen Applikations-Strategien von
„sportlich“ bis „ökonomisch“ verändert
werden kann. Durch Anpassung der Applikation wird erreicht, dass der Fahrer
das Potenzial der hohen Mitteldrücke bei
niedrigen Drehzahlen tatsächlich zu einer sparsamen Fahrweise nutzen kann,
ohne dabei auf die gewünschte Sportlichkeit verzichten zu müssen.
Die unterschiedlichen Applikationen
werden im realen Kundenfahrbetrieb bewertet und objektiv gemessenen Fahrverhaltens-Werten gegenübergestellt.
5 Neue Dieselmotoren
Dipl.-Ing. R. Bauder (Vortragender), Dipl.Ing.(BA) A. Fröhlich, Dipl.-Ing. W. Hatz, Dr.Ing. H. Marckwardt, Dipl.-Ing. E. Michels,
Audi AG, Neckarsulm/Ingolstadt: „Der
neue Audi 6.0 l V12-TDI, der ultimative
Performance Diesel“:
Mit dem neu entwickelten 6,0-l-V12TDI-Motor stellt Audi den weltweit leistungs- und drehmomentstärksten Dieselmotor in einem Pkw vor.
Mit Hilfe modernster Dieseltechnologie konnte eine Leistung von 368 kW
und 1000 Nm maximales Drehmoment
dargestellt werden. In Kombination mit
einem Diesel-Partikelfilter wird im Audi Q7 die Abgasnorm EU 5 erfüllt. Dabei ist der Kraftstoffverbrauch für einen SUV dieser Performance mit nur
11,9 l/100 km im MVEG-Test extrem
niedrig. Die Laufkultur ist Zwölfzylinder-typisch exzellent.
Der Motor weist zwar Zwölfzylinder
spezifische Konstruktionsmerkmale
auf, wie zum Beispiel der Zylinderwinkel von 60°, trotzdem konnten viele
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die intensive Abstimmung der Parameter für das völlig neue Brennverfahren.
Im Ergebnis ist eine neue Architektur
hinsichtlich Hardware und Software für
das Motorsteuergerät entwickelt und
zur Serienreife gebracht worden.
6 Gemischbildung
Bild 9: T. G. Stephens (GM) bei der Plenar-Eröffnungs-Sektion
Synergien zu den bekannten Audi V6und V8 TDI-Motoren umgesetzt werden.
Er rundet die Audi-V-Motorenfamilie
nach oben hin ab.
Dipl.-Ing. B. Heil, Dipl.-Ing. W. Schmid,
Dr.-Ing. M. Teigeler (Vortragender), Dipl.Ing. U. Weiß, Dipl.-Ing. S. Melcher, M. Gröneweg, Daimler AG, Stuttgart/Detroit: „Die
neue schwere Daimler Nutzfahrzeugmotoren Baureihe – Einführung des 14.8 l
Motors EPA07 bei Freightliner“:
Im Rahmen der konzernweiten globalen Vereinheitlichung des Produktportfolios entwickelt die Daimler AG eine
neue Motorenplattform (Heavy Duty Engine Platform – HDEP) für den Einsatz in
schweren Nutzfahrzeugen. Mit der Präsentation des Detroit Diesel DD 15 wurde
aktuell der erste Motor dieser Motorenfamilie mit 14,8 l Hubraum auf dem nordamerikanischen Markt eingeführt. Weitere Varianten dieser Platform werden
mit den Hubräumen 15,6 l, 12,8 l sowie
10,6 l folgen. Diese Motoren halten dann
Schritt für Schritt Einzug in alle LKW der
Daimler AG. Den Beginn machen die
Fahrzeuge der Marke Freightliner, Western Star und Sterling, die u.a. mit der
Serie 60 ausgerüstet wurden.
Danach folgen ab dem Jahre 2009 die
Lkw der Marke Fuso, die bisher mit dem
6M70 auf dem asiatischen Markt sind.
Anschließend werden auch bei MercedesBenz Truck in Europa diese neuen Motoren die aktuell erfolgreichen BR 500
und OM457 ablösen. In Summe wird somit das Daimler Portfolio weltweit berei
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nigt. Alle Hubraumklassen der Heavy
Duty Engine Platform sind Reihen-6-Zylinder Motoren, bei denen – neben wirtschaftlichen Gesichtspunkten wie Umsetzung größtmöglicher Gleichteilstrategie über alle Marken und Hubraumklassen – vor allem der technische Fortschritt
im Vordergrund steht.
Dr.-Ing. J. Hadler (Vortragender), Dipl.Ing. F. Rudolph, Dipl.-Ing. R. Dorenkamp, Dipl.Ing. H. Stehr, Dr.-Ing. T. Düsterdiek, Dipl.-Ing.
J. Hilzendeger, Dipl.-Ing. D. Mannigel, Dr.rer.
nat. S. Kranzusch, Dipl.-Ing. B. Veldten, Dr. M.
Kösters, Dipl.-Ing. A. Specht, Volkswagen
AG, Wolfsburg: „Der neue 2.0 l TDI-Motor
von Volkswagen zur Erfüllung niedrigster Abgasgrenzwerte“:
Der neue 2,0-l-4V-TDI mit Common
Rail Technik wird im VW Jetta ab Mitte
2008 in den USA die weltweit strengsten
Abgasgrenzwerte der Emissionsgesetzgebung BIN5/LEV2 erfüllen. Die Weiterentwicklung des bereits in Europa in
den Fahrzeugen VW Tiguan und Audi
A4 eingeführten Common-Rail-Motors
besteht neben innermotorischen Maßnahmen aus der Umsetzung eines NOxAbgasnachbehandlungssystems. Zu den
technischen Besonderheiten dieses Motors gehört die Optimierung des Einspritzsystems, die Realisierung eines
Niederdruck-Abgasrückführungs-Systems, eine neuartige Zylinderdruckregelung sowie der Einsatz eines NOx-Speicherkatalysators. Diese neuen Motorkomponenten erfordern die Entwicklung neuartiger Regelalgorithmen und
Dr. R. Leonhard (Vortragender), J. Warga, Dr.
T. Pauer, F. Boecking, Dr. D. Straub, Robert
Bosch GmbH, Stuttgart: „2000 bar Common Rail System von Bosch für Pkw und
leichte Nutzfahrzeuge”:
Seit gut zehn Jahren sind Common
Rail Systeme von Bosch auf dem Markt
verfügbar, und seither wurde bei Bosch
permanent an deren Weiterentwicklung
gearbeitet.
Das 2007 in Serie gegangene 2000 bar
Einspritzsystem von Bosch zeichnet sich
aufgrund der Piezotechnologie durch eine hochflexible und hochpräzise Zumessung des Dieselkraftstoffes in allen Betriebspunkten aus. Zusammen mit der
neuen Hochdruckpumpengeneration
mit bestem hydraulischem Wirkungsgrad unterstützt dieses Einspritzsystem
optimal die motorischen Ansätze sowohl
zur Erreichung niedrigster Emissionsstandards in Europa und USA als auch
zur weiteren CO2-Reduzierung.
In diesem Beitrag werden das Gesamtsystem mit seinen Schlüsselkomponenten und Kernfunktionen sowie die Maßnahmen zur Drucksteigerung, der Mehrfacheinspritzung mit minimalen Spritzabständen und Verbesserung des hydraulischen Wirkungsgrades vorgestellt. Ausblickend wird erläutert, wie Bosch die
Common Rail Einspritztechnik weiterentwickelt, um dem Diesel weiterhin in
Europa, Amerika und Asien zu einem
großen Erfolg zu verhelfen.
Dr. D. Schöppe (Vortragender), M. Hardy,
S. Zülch, D. Geurts, Delphi Corporation,
Bascharage/Blois: „Das neue Diesel Einspritzsystem mit direkt angetriebenem
Common Rail Injektor für höchste Kundenansprüche: Einzigartige Vorteile
durch innovative Technik“:
Mit dem direkt angetriebenen Common Rail Injektor bringt Delphi ein
höchst innovatives Konzept zur Kraftstoff­
einspritzung in Serie. In Delphis direkt
angetriebenem Common-Rail-Injektor
wird die Injektornadel direkt mit Hilfe
eines piezo-keramischen Aktuators in Bewegung gesetzt, anstatt diese mit der
herkömmlichen elektro-hydraulischen
Übersetzung zu steuern. Dies ermöglicht
eine schnellere und genauere Kraftstoff­
einspritzung in den Brennraum bei
gleichzeitig deutlich verbesserter Sprayqualität. Darüber hinaus sind schnellste
Nadelöffnungs- und -schließvorgänge unabhängig vom Einspritzdruck realisierbar. Das Resultat ist eine bemerkenswerte
Reduktion der Rohemissionen, höhere
Leistungsdichte und geringerer Kraftstoffverbrauch.
Im Vortrag wird die Leistungscharakteristik dieses neuartigen Ansatzes beschrieben. Zudem wird erörtert, wie mit
dem direkt angetriebenen Common Rail
Injector ein bislang unmögliches Maß an
Flexibilität in der Einspritzstrategie erreicht werden kann. In diesem Zusammenhang werden anhand von Beispielen
Vorteile und Trade-Offs dieser Technologie dargestellt. Das aktuelle Delphi-Diesel-Produktportfolio wird durch das neue
direktangetriebene CR-System weiter
komplettiert.
Dipl.-Ing. S. Bauer, Dr.rer.nat. H. Zhang,
Dipl.-Ing. R. Pirkl, Dr.-Ing. A. Pfeifer (Vortragender), Dr.-Ing. K.Wenzlawski, Dipl.-Ing. H.J. Wiehoff, Continental AG, Regensburg:
„Ein neuer Piezo Common Rail Injektor
mit Direktantrieb und Mengenregelkreis: Konzept und motorische Vorteile“:
Mit dem neuen 2000 bar Piezo Common Rail Injektor mit Direktantrieb und
dem konzeptionell erstmalig verfügbaren Injektorregelkreis steht nun ein
Baustein zur Minderung von Emissionen
zur Verfügung, mit dem durch seine umfangreichen Möglichkeiten zur Einspritzratenverlaufsformung nun Alternativen
zu den bekannten Mehrfacheinspritzmustern reproduzierbar dargestellt werden
können. Durch die Erfassung der Düsennadelposition während der Einspritzung
kann erstmalig der Mengenregelkreis geschlossen werden. Die trotz des stabilen
hydraulischen Designs verbleibenden geringen Driftvorgänge und Exemplarstreuungen werden so sicher erkannt und
kompensiert. Dadurch kann aus Gesamtsystemsicht bei Einsatz dieses Injektorkonzepts bei konventionellen Dieselbrennverfahren auf kostenintensive zusätzliche Closed-Loop-Regelkreise auf Basis von Zylinderdruck- oder Lambdasondensignal verzichtet werden.
Bild 10: K. Döhmel (Shell) bei der
Plenar-Eröffnungs-Sektion
Dieser Vortrag stellt das gewählte Direktantriebskonzept sowie der Mengenregelkreis vor. Neben der hydraulischen
Performance des Injektors werden erste
motorische Ergebnisse von Einzylinderund Mehrzylindermotoren diskutiert,
die das im Vergleich zu aktuellen Lösungen deutlich erweiterte Potenzial
dieses Injektorkonzepts zur Erfüllung
zukünftiger Anforderungen bestätigen.
7 Elektrifizierung des
­Antriebsstranges
Bild 12 zeigt das Podium im Festsaal dieser Sektion.
Dr. G. Schmidt, Vice President, Ford Motor Company, Dearborn, MI, USA: „Energie und ihre Speicherung – der Weg zu
einer nachhaltigen Mobilität“:
Aus dem weiterhin stark wachsenden
globalen Energiebedarf resultieren große
gesellschaftliche und ökologische He­
rausforderungen. Energieversorgungssicherheit, Energiekosten und globaler
Klimawandel – mit verursacht durch die
vermehrte Verfeuerung fossiler Brennstoffe aufgrund des erhöhten Energiebedarfs – erfahren daher verstärkte Bedeutung und Aufmerksamkeit. Da auch der
Individualverkehr zum Energieverbrauch beiträgt, steht neben anderen
auch die Automobilindustrie vor der Herausforderung, Lösungen zu entwickeln,
die weiterhin individuelle nachhaltige
Mobilität ermöglichen. Die gesellschaftlichen, ökonomischen und ökologischen
Aspekte individueller nachhaltiger Mobilität können stark vereinfacht auf die Attribute energieeffizient, umweltfreundlich, komfortabel, erschwinglich und gesellschaftlich anerkannt reduziert werden. Unter besonderer Berücksichtigung
dieser Attribute diskutiert dieser Beitrag,
ausgehend von den primären Energiequellen, die Bedeutung möglicher zukünftiger Energieträger (Kraftstoffe) in
der automobilen Anwendung, in dem
neben den charakteristischen Kenngrößen der Energieträger auch die Auswirkungen auf ihre Speicherung im Fahrzeug dargestellt werden, bevor eine Gesamtbewertung der Nachhaltigkeit für
die gesamt sogenannte Well-to-Wheel
Kette präsentiert wird. In diesem Zusammenhang werden auch die Anforderungen und Herausforderung an ElektroHybrid Fahrzeuge (HEV), Plug-in HybridFahrzeuge (PHEV) und Batteriefahrzeuge
(BEV) behandelt.
Univ.-Prof. Dr. G. Hohenberg, Technische
Universität Darmstadt: „Kann der intelligente Fahrer den Hybrid ersetzen?“:
2006 wurde schon im Rahmen des 27.
Wiener Motorensymposiums über Theorie und Praxis des Hybridantriebs des Lexus RX 400h berichtet. Der hier vorgestellte Beitrag stellt die Fortführung
dieses Themas anhand des neuen Lexus
LS 600h L dar.
Was hat sich seit 2006 verändert? Das
E-CVT-Getriebe ist als sogenanntes TwoMode-Konzept ausgeführt. Damit liegen
die Verbräuche auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten im akzeptablen Bereich. Durch motorische Weiterentwicklung ist es gelungen, das Hybridsystem
hinsichtlich des Komforts zu verbessern.
Das Start/Stopp-Verhalten wurde gegenüber dem bereits richtungsweisenden
Lexus RX 400h nochmals optimiert. Der
Lexus LS 600h L ist in diesem Punkt State-of-the-Art.
Vergleicht man den Verbrauch des Lexus LS 600h L mit anderen Premium
Class Fahrzeugen, so zeigt sich, dass selbst
ein intelligenter, vorausschauender Fahrer die Vorteile des Hybridkonzept nicht
aufwiegen kann. Nicht nur in Relation
zum Ottomotor, sondern auch beim VerMTZextra
Ta g u n g s b e ric ht
gleich zu Dieselfahrzeugen ist der Verbrauchsvorteil für den Hybrid im realen
Verkehr offenkundig. Je vorausschauender sich der Fahrer hierbei verhält, desto
höher ist die Verbrauchseinsparung gegenüber dem oft als Alternative genannten Dieselmotor. Bei prädiktiver Fahrweise ergeben sich rund 30 % CO2-Vorteil für
den Hybrid im Stadtverkehr gegenüber
dem Diesel. Bei dynamischer Fahrweise
hingegen verringert sich der Unterschied
deutlich auf rund 10 %. Dies erklärt die
zum Teil sehr unterschiedlichen Testergebnisse zwischen dem Hybrid und dem
Diesel in der Presse.
Natürlich ist auch der Hybrid nicht
die allumfassende Lösung des aktuellen
CO2-Problems. Es wird abschließend gezeigt, dass Hybrid und/oder Diesel alleine nicht ausreichen, um die ange­
strebten CO2-Ziele zu erreichen. Ein
Downsizing der Fahrzeuge ist folglich
die Konsequenz unter dem Aspekt einer
intelligent simplicity.
Dr. T. Weber, Mitglied des Vorstands,
Daimler AG, Stuttgart: „Elektrifizierung
des Fahrzeuges – ein Trend für die Zukunft“:
Die Hybrid-Technologie ist ein wichtiger Bestandteil der Antriebsstrategie zu
nachhaltiger Mobilität – vor allem deshalb, weil der Verbrennungsmotor auch
in den kommenden Jahrzehnten eine
zentrale Antriebsform sein wird und
mittels der Hybrid-Option weitere Effizienzsteigerungen und damit Verbrauchsoptimierungen erzielt werden können.
Daimler entwickelt daher grundsätzlich nur noch Fahrzeuge und Motoren,
die eine Hybridisierung erlauben. Dennoch müssen Hybridfahrzeuge realistisch eingeschätzt werden: im Hinblick
auf ihr Marktpotenzial, die ProduktionsKapazitäten und ihren Verbrauchsvorteil. Aktuell liegt der Marktanteil von
Hybridfahrzeugen bei rund 500.000 Einheiten bei einem weltweiten Pkw-Absatz
von 57,5 Millionen Einheiten. Dies entspricht nur etwa 0,9 Prozent der weltweit verkauften Fahrzeuge. Und für das
Jahr 2020 werden beispielsweise für die
USA Hybrid-Marktanteile zwischen sechs
und dreißig Prozent prognostiziert.
Auch die verfügbaren Produktionskapazitäten zeigen, dass die Hybridisierung
nur eine Maßnahme unter vielen sein
kann: Bis 2010 wird eine Steigerung der
weltweiten Hybrid-Kapazitäten auf jähr10
MTZextra
Wiener Motorensymposium
Bild 11: Prof. Schaller (MAN) bei der ­
Plenar-Eröffnungs-Sektion
lich rund eine Million Einheiten erwartet; dies deckt jedoch nur knapp zwei
Prozent des weltweiten Pkw-Bedarfs.
Dazu kommt, dass die Verbrauchsvorteile des Hybriden nicht in jedem Mobilitätsszenario wirksam werden: So ist der
Diesel dem Hybrid-Fahrzeug beispielsweise im Langstrecken-Verkehr heute
zum Teil immer noch überlegen. Daher
wird auch die Dieseltechnologie in den
kommenden Jahren einen weitaus größeren Beitrag zur Verbrauchs- und CO2Einsparung leisten als Benzin-Hybride.
Besonders große Potenziale sieht
Daimler in der Kombination eines Hybridmoduls mit der sauberen Dieseltechnologie BlueTEC. 2010 werden die ersten
Mercedes-Benz Pkw mit BlueTEC Hybrid
auf den Markt kommen.
8 Aufladung
Prof. Dr.-Ing. H. Zellbeck (Vortragender),
Dipl.-Ing. T. Roß, Dipl.-Ing. C. Guhr, Technische
Universität Dresden: „Mit neuen Methoden zum richtigen Aufladesystem“:
Einstufige Aufladesysteme erfüllen
heute oft nicht mehr ausreichend die
gestellten Anforderungen. Im Gegensatz
zum Ottomotor fällt beim Dieselmotor
aufgrund niedrigerer Abgastemperatur
und geringerer Sensibilität auf den Restgasgehalt die Wahl klar auf eine 2-stufig
geregelte Abgasturboauf ladung. Die
Auslegung und Erprobung moderner
Aufladesysteme ist aufgrund ihrer Komplexität mit einem immer höheren Aufwand verbunden. Dies beginnt mit rein
theoretischen Vorüberlegungen und endet bei der endgültigen Erprobung des
Gesamtsystems im Fahrzeug. Um diesen
Prozess möglichst effizient zu gestalten,
ist nicht nur eine parallele Nutzung verschiedenster Entwicklungsmethoden
erforderlich, sondern der Schlüssel liegt
in deren enger Verknüpfung. Ausgehend vom thermodynamischen Verhalten des Grundmotors kann schon in
einem frühen Stadium ein 1D-Simulationsmodell erstellt werden. Nach der
Vorauswahl der Aufladegruppe durch
theoretische Konzeptstudien wird diese
durch die 1D-Simulation in Hinblick auf
Wechselwirkung mit dem Grundmotor
angepasst. Die Messdatenerfassung der
gesamten Aufladegruppe wird am alternativen Heißgasprüfstand durchgeführt. Die konstruktive Umsetzung der
Aufladegruppe in einem CAD-System
liefert neben den entsprechenden Daten
für die spätere Fertigung auch die
Grundlage für eine 3D-CFD-Simulation.
Detaillierte Untersuchungen können
durch direkte Kopplung von 1D- und
3D-Berechnung vorgenommen werden.
Aus den gewonnenen Ergebnissen kann
sofort eine Rückkopplung auf die Konstruktion erfolgen.
Erst jetzt beginnt letztendlich die
Fertigung der ersten Auf ladegruppe,
um sie anschließend am Basistriebwerk
zu testen. Parallel zur Erprobung am
hochdynamischen Motorenprüfstand
werden die notwendigen Reglerstrukturen entwickelt. Auch hier bietet es sich
an, die Entwicklung schon auf Softwareebene durch Kopplung mit dem
1D-Prozeßmodell vorzunehmen. Dies
erweitert die Untersuchungsmöglichkeiten um ein Vielfaches, da auch Betriebszustände abgebildet werden können, die am Versuchsträger nur schwierig beziehungsweise überhaupt nicht
angefahren werden können. Hierdurch
wird eine geschlossene Kette aller Entwicklungswerkzeuge geschaffen, die die
Effizienz des gesamten Entwicklungsprozesses optimiert. In diesem Beitrag
wird ein solch verketteter Entwicklungsprozess am Beispiel einer zweistufig geregelten Abgasturboaufladung für einen Dieselmotor aufgezeigt.
Dr.-Ing. H. Németh (Vortragender),
Prof. Dr.-Ing. L. Palkovics, Knorr-Bremse
R&D Center, Budapest; Prof. Dr.-Ing. H.
Hitziger, Dr.-Ing. E. Gerum, Knorr-Bremse
SfN GmbH, München; Prof. Dr.-Ing. R.
Flierl, Technische Universität Kaiserslautern: „PBS – Ein neuer Ansatz zur Ver­
­besserung des Drehmomentverhaltens
aufgeladener Dieselmotoren durch
Lufteinblasen”:
Versuche, durch Einblasen zusätzlicher Druckluft das Ansprechverhalten
aufgeladener Verbrennungsmotoren zu
verbessern, sind seit langem bekannt. Diese Bemühungen waren bisher jedoch
von geringem Erfolg, da die Ansprechzeit
auf Grund der verwendeten Komponenten zu träge war, vor allem aber der
­zusätzliche, hohe Luftbedarf nicht von
serienmäßig installierten oder verfügbaren Kompressoren geliefert werden
konnte. Durch eine sich anbietende Kombination parallel laufender Entwicklungen der letzten Jahre
–bei den NFZ Diesel Motoren die elektronische Einspritzung, zum Beispiel
Common Rail,
–bei den NFZ Bremsen hochdynamische, elektronisch geregelte Druckluft-Komponenten
ist es gelungen, ein auf Serien-Komponenten aufgebautes und einfach in die
Ladeluftleitung zu integrierendes System zur Vorserienreife zu entwickeln,
das eine beachtliche Verbesserung des
Ansprech- und Beschleunigungsverhaltens des Motors und des Fahrzeuges ergibt. Der minimierte, zusätzliche Luftbedarf kann dabei in aller Regel durch eine
Optimierung des serienmäßigen Druckluftsystems bereitgestellt werden.
Im vorliegenden Vortrag werden die
Entwicklung und Funktion des Systems
selbst sowie die Ergebnisse von Simulationsberechnungen, Motor-Prüfstands-Läufen und Fahrversuchen dargestellt.
Dipl.-Ing. A. Königstein (Vortragender),
Dipl.-Ing. P.-I. Larsson, General Motors
Powertrain Europe, Rüsselsheim; Prof.
Dr. U. D. Grebe, Dr. K.-J. Wu, General Motors Powertrain, Pontiac, MI, USA: „Differenzierte Analyse von DownsizingKonzepten“:
Beim Downsizing wird ein Saugmotor
durch einen hubraumkleineren Motor
mit Aufladung genutzt. In der Vergangenheit wurde Downsizing zur Leistungssteigerung eingesetzt, heute jedoch stellt
Bild 12: Podium im Festsaal: v.l.n.r. Dr. Weber (Daimler), Prof. Hohenberg (TU Darmstadt), Dr.
Schmidt (Ford)
es zunehmend ein Konzept zur Kraftstoffverbrauchsreduzierung dar.
Eine detaillierte Analyse zeigt, dass
turboaufgeladene Benzinmotoren einen
höheren spezifischen Verbrauch haben
als Saugmotoren. Erst wenn man beide
Motorvarianten bei gleichem Drehmoment vergleicht, das heißt den hubraumkleineren Turbomotor bei einem dem
Hubraumunterschied proportional höheren Mitteldruck betreibt, weist der Turbomotor zumindest im unteren Lastbereich einen günstigeren Kraftstoffverbrauch auf. Dieser Lastbereich lässt sich
vergrößern, indem man den Hubraum
des Turbomotors klein wählt. Ein Downsizingfaktor (Hubraum des Saugmotors/
Hubraum des Turbomotors) von mindestens 1,4 erscheint sinnvoll. Um jedoch
auch im Fahrzeug einen weiteren Verbrauchsvorteil zu erzielen, ist es erforderlich, zudem die Gesamtübersetzung zu
verlängern. Diese Vorgehensweise ist
sinnvoll, da zum einen die Nenndrehzahl
von aufgeladenen Motoren niedriger liegt
als bei Saugmotoren, zum anderen das
Drehmoment des leistungsgleichen Turbomotors deutlich höher ist. Die maximal mögliche Gesamtübersetzung wird
jedoch durch Faktoren wie Anfahrbarkeit
und „Drive Quality“ beschränkt. Insgesamt ist Downsizing nicht allein ein Motorkonzept, sondern beschreibt eine effiziente Kombination von Motor, Getriebe
und Fahrzeug. Unter günstigen und vergleichbaren Randbedingungen lassen
sich Verbrauchsvorteile von zirka 11 % erreichen. Dieser Vorteil sinkt jedoch mit
steigendem Fahrzeuggewicht.
9 Verbrennung
Prof. Dr.-Ing. S. Pischinger (Vortragender),
Dipl.-Ing. K. G. Stapf, Dipl.-Ing. D. Seebach,
Dipl.-Ing. C. Bücker, RWTH Aachen; Priv.
Doz. Dr.-Ing P. Adomeit, Dr.-Ing. J. Ewald,
FEV Motorentechnik GmbH, Aachen:
„Controlled Auto-Ignition: Kontrolle
der Verbrennungsrate durch gezielte
Schichtung“:
Ein viel versprechender Ansatz, zukünftige Ziele für Ottomotoren zu erreichen, stellt der Einsatz des modernen
CAI-Brennverfahrens dar (Controlled Auto-Ignition). Ein Motorbetrieb mit diesem
Brennverfahren ist aus akustischen
Gründen nur in der Teillast möglich und
zu hohen Lasten und Drehzahlen hin begrenzt. Außerdem ist ein erhöhter Regelungsbedarf für dieses Verfahren kennzeichnend, um den Motor selbstzündend
betreiben zu können.
In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten der gezielten
Einflussnahme auf die Schichtung im Zylinder und die Verbrennungsrate des CAIMotors bewertet. Dabei werden vor allem
unterschiedliche Restgasstrategien sowie
Einspritzzeitpunkte untersucht und die
daraus resultierende Schichtung im
Brennraum durch numerische Kennzahlen quantifiziert. Es wird gezeigt, dass
es eine direkte Korrelation der lokalen
Verteilung von Kraftstoff, Luft und Restgas im Brennraum mit dem Brennbeginn
und der Brenndauer gibt. Eine starke Ungleichverteilung des Kraftstoffs im Brennraum führt zu einer schnelleren Verbrennung. Dahingegen führt eine starke
MTZextra
11
Ta g u n g s b e ric ht
Bild 13: Plenarvortrag Prof. Winterkorn (VW)
bei der Plenar-Schluss-Sektion
Schichtung des Restgases im Zylinder zu
einer verzögerten und langsameren Verbrennung. Ebenso wird der Einsatz des
alternativen Kraftstoffs E85 untersucht.
Dieser zeigt im motorischen Versuch das
Potenzial, den Betriebsbereich des CAIBrennverfahrens auszuweiten.
Dr.-Ing. M. Alt (Vortragender), Prof. Dr.Ing. U. D. Grebe, J. R. Dulzo, M.S.E.E., V. A.
Ramappan, M.S.M.E., General Motors Powertrain, Pontiac, MI, USA; Dipl.-Ing. P.
Kafarnik, General Motors Powertrain Europe, Rüsselsheim; P. M. Najt, M.S.M.E.,
General Motors Research & Development,
Warren, MI, USA: „HCCI – vom Labor auf
die Straße“:
GM hat den HCCI Verbrennungsprozess in zwei alltagstauglichen KonzeptFahrzeugen vorgestellt.
Die Umsetzung der stationären Verbrauchsvorteile eines Einzylindermotors im Labor in die Anwendung eines
Pkw stellt dabei eine erhebliche Herausforderung dar. Insbesondere der transiente HCCI Betrieb wird erst möglich
durch die Entwicklung der Hochleistungs-Motorelektronik zur Steuerung
der Direkteinspritzung und des variablen Ventiltriebs sowie der Zylinderdrucksensorik. Dabei übernimmt der
variable Ventiltrieb die Restgassteuerung und die Direkteinspritzung den
Ausgleich der Zylinderunterschiede. Zur
12
MTZextra
Wiener Motorensymposium
Kompensation des Einflusses nicht steuerbarer Randbedingungen, wie zum Beispiel Kraftstoffeigenschaften und Umweltbedingungen auf die Schwerpunktlage der Verbrennung, ist eine robuste
Motorsteuerung mit Zylinderdrucksensorik notwendig. Das Ziel der Entwicklung ist die Maximierung des nutzbaren
HCCI Kennfeldbereichs, um eine Verbrauchssenkung in einem größtmöglichen Spektrum verschiedener MotorFahrzeugkombinationen zu erreichen.
Das HCCI Verbrennungskonzept erlaubt
eine Kraftstoffverbrauchsreduzierung
von bis zu 15 % im europäischen Testzyklus gegenüber einem Motor mit
Saugrohreinspritzung, ohne die Kosten, Gewichts- und Leistungsvorteile des
Ottomotors aufzugeben.
Dr.-Ing. W. Steiger (Vortragender), Dr.Ing. C. Jelitto, Dipl.-Ing. S. Schmerbeck,
Volkswagen AG, Wolfsburg: „GCI and
CCS – Zwei neue Brennverfahren von
Volkswagen“:
In der Konzernforschung Antriebe der
Volkswagen Aktiengesellschaft werden
Konzepte zur teilweisen Selbstzündung
beim Ottomotor (GCI) und zur teilweisen
Homogenisierung beim Dieselmotor intensiv untersucht. Beide Brennverfahren
werden beschrieben und bewertet. Das
Ziel ist, die Vorteile des emissionsarmen
Ottobrennverfahrens mit der Effizienz
des selbstzündenden Dieselbrennverfahrens zu kombinieren.
Die Zusammenführung beider Brennverfahren wird als CCS-Brennverfahren
bezeichnet. Dazu werden im Besonderen
auch Kraftstoffe eingesetzt, deren Eigenschaften die Anforderungen des Brennverfahrens erfüllen.
Auf der Basis eines Ottomotors hat die
Konzernforschung Antriebe der Volkswagen AG ein neues innovatives Brennverfahren, das GCI-Brennverfahren, entwickelt und im Jahre 2006 der Öffentlichkeit im Fahrzeug vorgestellt. Das GCIBrennverfahren ist sowohl an freisaugenden als auch an aufgeladenen Ottomotoren umgesetzt und bewertet worden. Alle erforderlichen technologischen
Vorausetzungen für eine Serieneinführung werden erfüllt und der notwendige
Aufwand ist bekannt. Die aufgebauten
Versuchsträger erfüllen mit einem konventionellen Drei-Wege-Katalysator trotz
eines überstöchiometrischen GCI-Betriebs die gesetzlichen Abgaswerte.
10 Abgasnachbehandlung
Dr. T. Fukuma (Vortragender), T. Asanuma,
Dr. N. Ohashi, M. Inoue, K. Ishibashi, Toyota
Motor Corporation, Shizuoka, Japan:
„Toyota‘s Diesel-Abgasnachbehandlungsstrategie für zukünftige Emissionsgrenzwerte“:
Toyota führte 2003 das auf dem Toyota D-CAT-Konzept basierende Diesel Partikel-und NOx-Reduktionssystem (DPNR)
in Europa ein und hat das System zur Erfüllung zukünftiger Emissionsanforderungen weiterentwickelt. Es wurden weitere wichtige Fortschritte im Bereich des
NOx-Katalysatormaterials erzielt, um die
thermische Widerstandsfähigkeit zu erhöhen und die Effizienz der Entschwefelung zu verbessern. Die hohe thermische
Widerstandsfähigkeit des NOx-Katalysators durch die Pt-O-Ce-Bindung führt zu
einer Unterdrückung von Agglomeration des Edelmetalls, wodurch eine höhere
katalytische Aktivität nach Alterung besonders bei niedrigen Temperaturen erreicht wird. Das Entschwefelungsvermögen wurde durch Zugabe von TiO2 zum
Trägermaterial sowie durch homogene
Temperaturverteilung im gesamten Katalysator und Anfettung der Verbrennung
zusätzlich zur Kraftstoffeinspritzung in
den Auslasstrakt zur Reduktionsteuerung gesteigert. Durch diese Verbesserungsmaßnahmen wurde eine NOx-Konversionsrate von über 70 % im europäischen Fahrzyklus (NEDC) nach Alterung
erreicht und weiter mit Einsatz einer
Schwefel-Falle erhöht. Der Vergleich zwischen der verbesserten NSR und der SCR
mit Harnstofflösung wurde sorgfältig
durchgeführt, um Entscheidungen für
die zukünftige Strategie unter Berücksichtigung der NOx-Konversionsrate, Verbrauchseinbußen, Systemkosten, Fahrzeug-Packaging und auch Entwicklungszeiten zu treffen. Daher wurde der Beschluss gefasst, dass NSR die optimale
Lösung für Fahrzeuge des C- und D-Segments sind.
Dr. phil. nat. U. Göbel (Vortragender),
Dipl.-Ing. W. Müller, Dr.-Ing. I. Grisstede, Dr.
rer.nat. F. Rohr, Umicore AG & Co. KG, Hanau: „Diesel NO x-Abgasnachbehandlungssysteme für Nordamerika“:
Bei schweren Pkw (SUV) liegt derzeit
der Entwicklungsschwerpunkt bei der
Einführung der Harnstoff-SCR-Technologie. Für mittlere und leichte Pkw
wird die NOx-Speichertechnologie favorisiert. 2006 wurde eine erste Serienlösung mit NO x-Speicherkatalysatoren
für die BIN 8 Gesetzgebung in Nord­
amerika eingeführt.
Im Vortrag werden Entwicklungsschwerpunkte zur Stickoxidverminderung für den Volkswagen Jetta 2,0 l TDI
zur Serieneinführung für die BIN 5/LEV 2Gesetzgebung in Nordamerika diskutiert.
Des Weiteren wird anhand von Modell­
gas-, Motor- und Fahrzeuguntersuchungen
im Detail auf die Entwicklung eines Abgasnachbehandlungssystems mit NOxSpeicherkatalysatoren eingegangen.
Wichtigste Entwicklungsziele für NOxNachbehandlungstechnologien sind die
Erweiterung des aktiven Temperaturfensters sowie die Verbesserung der Hochtemperaturstabilität bei gleichzeitig verbesserten Entschwefelungseigenschaften
der einzelnen Katalysatorkomponenten.
Weiterhin stellt die mit der Einführung neuer Technologien verbundene Sys­
temoptimierung eine Herausforderung
dar, die im Zusammenspiel von OEM
und Zulieferindustrie gemeinsam gelöst
werden muss.
Dr. H. S. Gandhi (Vortragender), Dr. J. R.
Theis, Ford Motor Company, Dearborn,
MI, USA: „Einsatzpotenzial von SCR Technologie für Benzin-Direkteinspritzer-Motoren”:
Bisher erfolgte die NOx-Reduzierung
bei direkt einspritzenden Ottomotoren
durch NOx-Speicherkatalysatoren (LNT).
Die selektive katalytische Reduktion mit
NH3 (SCR) bietet gegenüber der LNT eine
Vielzahl von Vorteilen, wie zum Beispiel
ein vergrößertes Temperaturfenster und
eine bessere Robustheit gegenüber wechselnden Rohemissionen.
Außerdem benötigen SCR-Katalysatoren zur Konvertierung nicht die bei
LNT erforderlichen Fett-Sprünge. Schließlich kommen in SCR-Katalysatoren – anders als LNT – günstigere Basismetalle
zum Einsatz. Es wird befürchtet, dass
sich die Funktion Zeolith basierter SCRKatalysatoren im Betrieb unter fetten Bedingungen bei hohen Abgastemperaturen – zum Beispiel während des Anhängerbetriebes – für Fahrzeuganwendungen unzulässig verschlechtert. Deshalb werden im Labor Proben von Fe- und
Cu-Zeolith SCR-Katalysatoren unter hohen Temperaturen bei verschiedenen
Luftverhältnissen gealtert.
Beide SCR-Formulierungen zeigen
auch nach der Alterung immer noch ausreichende NOx-Konvertierungsraten für
GDI-Motoren. Der Einfluss von Schwefel
auf die Alterung von SCR Katalysatoren
wird ebenfalls untersucht. Eine optimierte Kombination von Fe- und Cu-Katalysatoren zeigt eine robuste NOx-Konvertierung für verschiedene NO-Konzentrationen und Temperaturen. Schließlich
werden die Auswirkungen des Verhältnisses NH3/NO auf die Konvertierung von
NOx und der NH3-Schlupf untersucht.
11 Hybrid / Otto – Diesel
Dipl.-Ing. O. Bitsche (Vortragender), Dipl.Ing. J. Schenk, Dr. N. Armstrong, Dipl.-Ing. O.
Vollrath, Dipl.Ing(FH) P. Antony, Daimler
AG, Stuttgart. „Hybrid im Premiumsegment – Szenarien und Lösungen von
Mercedes-Benz“:
Im Zuge der ständig steigenden Anforderungen an die Ökologie und Ökonomie von Fahrzeugen gewinnt neben der
weiteren Optimierung von Motoren und
Getrieben in zunehmendem Maße die
Elektrifizierung des Antriebsstrangs an
Bedeutung. Durch die modulare Gestaltung der hybridspezifischen Bausteine
wie Start/Stopp-Systeme, integrierte EMaschinen, Leistungselektroniken, skalierbare Batteriesysteme und Nebenaggregate und deren geschickte Kombination lassen sich verschiedenste Hybridisierungsgrade darstellen. Mit Standardbauräumen für die Hybridkomponenten an
allen Powertrains und in allen Fahrzeugklassen ist damit bei Mercedes-Benz die
Möglichkeit einer breiten, aber zugleich
baureihentypischen Hybridisierung geschaffen worden.
Prof. A. E. Catania, Prof. E. Spessa, Politecnico di Torino, Dr. V. Paladini, (Vortragende), Dr. A. Vassallo, General Motors Powertrain Europe, Turin: “Einfluss von Hybrid-Betrieb auf Kraftstoffverbrauch und Abgase für Micro-, Mildund Voll-Hybrid Applikationen an
einem Dieselmotor“:
Es wurden experimentell die Potenziale einer Kraftstoffverbrauchsreduzierung und die Herausforderungen bezüglich der Abgasemissionen von Micro-,
Mild- und Voll-Hydbrid-Applikationen
für leichte Nutzfahrzeuge basierend auf
dem GM 1,9-l-Vierzylinder-Reihenmotor
Bild 14: Plenarvortrag F. Fehrenbach (Bosch)
bei der Plenar-Schluss-Sektion
bewertet. Auf dem dynamischen Motorprüfstand wurden optimierte Hybrid-Zyk­
len nachgefahren und die Ergebnisse mit
dem konventionellen Basismotor verglichen. Hierbei zeigte sich, dass die Hybridisierung auch im Zusammenspiel
mit bereits hocheffizienten Verbrennungsmotoren (Diesel) sinnvoll sein
kann. Der Micro-Hybrid reduziert den
Kraftstoffverbrauch um zirka 4 %, MildHybrid (zum Beispiel Starter-Generator)
um zirka 10 % und Vollhybrid (Power
Split) zirka 14 %. Auch die Abgasemissionen wurden durch die Hybridisierung
beeinflusst. Es zeigte sich spezifisches
Verhalten bezüglich der Abgasbestandteile in Abhängigkeit des gewählten Systems. Insbesondere HC und CO zeigten
eine generelle Verbesserung durch die
Reduzierung der Motorleerlaufanteile.
Dahingegen zeigte sich beim Voll-Hybrid
ein Anstieg von NOx und PM, der eine Anpassung der Motorkalibrierung erforderlich machte, um die Emissionswerte der
zugrundegelegten Ausgangsapplikation
wieder einzustellen. Hiermit wurde bestätigt, dass Hybridisierung, insbesondere beim Voll-Hybrid, keine einfache Plugand-Play Lösung darstellt. Vielmehr ist es
erforderlich, Hybridsysteme in die Basismotorkonstruktion zu integrieren.
Dr.-Ing. R. Marquard (Vortragender),
Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. A. Hanenkamp,
MTZextra
13
Ta g u n g s b e ric ht
Wiener Motorensymposium
12 Antriebsstrang
Bild 15: Plenarvortrag Dr. Zetsche (Daimler) bei
der Plenar-Schluss-Sektion
MAN Diesel SE, Augsburg: „Der MAN
32/40 PGI, eine Synthese aus Otto- und
Dieselmotor“:
Kraftwerke mit Großgasmotoren bieten aufgrund ihres thermodynamischen
Grundprozesses die Möglichkeit, wirkungsgradoptimal betrieben zu werden.
Dabei kommen als Basismotoren die Architekturen von Großdieselmotoren mit
den hohen Potenzialen für Mitteldrücke,
Kompressionsenddrücke und Aufladeverhältnisse zum Einsatz. Als Brennverfahren kommt bei Gasmotoren das Mager-Ottoverfahren mit Gemischverdichtung zum Einsatz. Die Zündung des mageren Gas-Luftgemisches erfolgt entweder über Zündkerzen oder über die Einspritzung einer kleinen selbstzündenden
Dieselkraftstoffmenge.
Für steigende Mitteldrücke muss die
Zündenergie der Zündkerzen sehr stark
erhöht werden, so dass der Verschleiß
der Zündkerzen überproportional zunimmt. Eine Ausnutzung des gegebenen Mitteldruckpotenzials ist daher
aus wirtschaftlicher Sicht problematisch. Das von der MAN entwickelte PGI
(Performance Gas Injection) Verfahren
setzt seine hohe Zündenergie zur Zündung von sehr mageren Gemischen ein.
Dies führt zu geringen NOx-Emissionen
kombiniert mit einem hohen Wirkungsgrad. Zusätzlich ermöglicht das
PGI Verfahren durch die starke Abmagerungsfähigkeit eine Aufweitung des
Betriebsfensters.
14
MTZextra
Dipl.-Ing. F. Eichler (Vortragender), Dipl.-Ing.
A. Fürschuss, Dr.-Ing. M. Hart, Dipl.-Ing. R.
Schaich, Dipl.-Ing. B. Tschamon, Dipl.-Ing. R.
Illenberger, Dipl.-Ing. M. Glose, Dipl.-Ing. W.
Zimmermann, Mercedes-AMG GmbH, Affalterbach: „Der Antriebsstrang des neuen C63 AMG“:
Basierend auf dem mit der Markteinführung des ML63 im Jahr 2005 erstmals
verbauten AMG M156 Triebwerks, wurde
in Kombination mit dem NAG2 7 Gang
Wandlergetriebe ein sehr performanceorientiertes und emotionales Antriebskonzept für den neuen C63 AMG geschaffen.Der 6,2 l große M156 Motor repräsentiert dabei die erste bei AMG komplett in
Eigenregie durchgeführte Motorentwicklung, die nicht auf einem Grundtriebwerk der Konzernmutter Daimler basiert. Der Antrieb zeichnet sich durch eine spezifisch geringe Masse, hervorragende Leistungs- und Drehmomentwerte
sowie eine trotz der hohen Zylindervolumen ausgeprägte Drehfreude aus. Ein
besonderes Augenmerk wurde dabei auf
eine effiziente Verbrennung und einen
hohen mechanischen Wirkungsgrad gelegt. Dafür leistet unter anderem das
erstmals in einem Serienmotor zur Zylinderlaufbahnbeschichtung angewendete
LDS Verfahren im Verbund mit einer äußerst formstabilen Linerstruktur einen
wertvollen Beitrag.
Durch eine Platz sparende Gestaltung
der Zylinderköpfe und des Kurbeltriebs
sowie durch den hohen Integrationsgrad
der einzelnen Systeme baut der Motor
für einen Hubraum dieser Größenordnung sehr kompakt. So gelang es den Ingenieuren, das Triebwerk in den konzeptbedingt engen Bauraum eines Fahrzeuges der oberen Mittelklasse unterzubringen. Damit stellt sich die neue CKlasse in ihrer Top Motorisierung bezüglich Leistung, Drehmoment und Effizienz im Real Life Zyklus an die Spitze der
relevanten Wettbewerber.
Dr.-Ing. L. Spiegel (Vortragender),
Dipl.-Ing. M. Kerkau, Dipl.-Ing. G. Bofinger,
Dipl.-Ing. S. Müller, Dipl.-Ing. R. Meier, Dr.Ing. H.-J. Neußer, Dr.Ing.h.c.F.Porsche
AG, Weissach: „Antriebsmanagement
bei Sportfahrzeugen zur Reduzierung
des Kraftstoffverbrauchs“:
Der Vortrag zeigt zunächst im Rahmen der Porsche Auslegungsphilosophie
den genutzten Technologieraum zur
Darstellung eines sportwagentypischen
Fahrzeugantriebs. Das Antriebsmanagement koordiniert die umgesetzten Technologien zu einem sportlich effizienten
Antrieb. Dem Fahrer wird die Möglichkeit zur individuellen Einflussnahme
durch die alternative Wahl eines Normalbeziehungsweise Sportprogramms gegeben. Daneben wird die Umsetzung eines
Thermomanagements zur Optimierung
des Motorwarmlaufs, sowie von Teillastund Volllastbetrieb unter den Aspekten
eines Sportfahrzeugs betrachtet. Detailliert wird das Potenzial eines Leerlaufstopp-Systems und dessen komplexe Integration ins Gesamtfahrzeug beschrieben.
Weiterhin werden adaptive Schaltstrategien bei Automatikgetrieben zur automatischen, verbrauchsoptimierten beziehungsweise performance-orientierten
Schaltpunktwahl vorgestellt.
Dipl.-Ing.(FH) M. Bek (Vortragender),
Dipl.-Ing.(FH) P. Schiele, ZF Getriebe GmbH,
Friedrichshafen: „Der hydraulische Impulsspeicher – ein Beitrag der ZF-Automatgetriebe zur CO2-Reduzierung“:
Mit der Entwicklung einer AchtgangAutomatgetriebebaureihe leistet ZF einen erheblichen Beitrag zur Verbrauchs­
einsparung und damit auch zur CO 2Reduzierung. Neben den Maßnahmen
im Getriebe bietet die Achtgang-Baureihe auch die Möglichkeit zum Betrieb
mit einer Motor-Start-Stopp-Funktion,
die bei Fahrzeugstillstand den Motor abstellt und somit den Leerlaufverbrauch
vermeidet.
In den Motor-Stopp-Phasen wird die
Ölpumpe des Automatgetriebes nicht
mehr angetrieben, somit fällt die Öldruckversorgung in diesen Phasen aus,
die Schaltelemente öffnen sich und das
Getriebe geht in Neutralstellung. Um aus
einer Motor-Stopp-Phase heraus einem
spontanen Anfahrwunsch des Fahrers
gerecht zu werden, ist neben einem
schnellstartenden Motor auch ein Automatgetriebe notwendig, dessen Schaltelemente während des Motorhochlaufs
so schnell geschlossen werden können,
dass allein der Motorhochlauf den Anfahrvorgang bestimmt. Das zur schnellen Befüllung der Schaltelemente notwendige Ölvolumen muss dazu in kurzer
Zeit zur Verfügung stehen.
Während des Startvorgangs steht jedoch aufgrund des Drehzahlhochlaufs
von Verbrennungsmotor und Getriebeölpumpe nicht genügend Ölvolumen
zur Verfügung, um die Schaltelemente
in der vorgegebenen Zeit befüllen und
schließen zu können. Der hydraulische
Impulsspeicher, der mit Hilfe eines gespeicherten Ölvolumens beim Motorstart die Schaltelemente sehr schnell
befüllt, löst dieses Problem auf elegante Weise.
Der hydraulische Impulsspeicher besteht aus einem Federspeicher, der durch
den im Normalbetrieb des Getriebes vorhandenen Öldruck geladen und im geladenen Zustand durch eine Rastierung
verriegelt wird. Beim Motorstart löst sich
die Verriegelung und das Ölvolumen
wird freigegeben. Mit Hilfe des gespeicherten Ölvolumens können nun die
zum Anfahren notwendigen Schaltelemente so schnell befüllt werden, dass für
den Fahrer keinerlei Anfahrverzögerung
bemerkbar wird. Durch die konstruktive
Ausführung der elektromagnetischen
Verriegelung des hydraulischen Impulsspeichers ist der zur Verriegelung notwendige Strom sehr gering, weshalb die
Belastung der Batterie in der MotorStopp-Phase ebenfalls sehr gering ist.
Das 8HP-Getriebe von ZF führt allein
bereits zu einer Verbrauchsreduzierung
von zirka 6 % im Vergleich zu der 6HPGetriebebaureihe der 2. Generation, die
Möglichkeit zur Nutzung der MotorStart-Stopp-Funktion führt zu einer weiteren Reduktion von zirka 5 % im NEFZ.
13 Neue Ottomotoren
Dr. M. Bollig, Dr. H. Haas, Dr. G. Kiesgen,
Dipl.-Ing. O. Moirano, Dipl.-Ing. J. Schopp
(Vortragender ), Dr. A. Schueers, BMW
Group, München: „Die neue Hochleistungsvariante der neuen kleinen 4-Zyl.
Motorenfamilie für den MINI Cooper S
Works“:
Die Vierzylinder-Motorfamilie für den
neuen Mini wurde unter Federführung
von BMW in Kooperation mit PSA entwickelt, und deckte bislang 4 verschiedene
Leistungsstufen mit zwei unterschiedlichen Technologien ab, die mit unterschiedlichen Stückzahlen bei BMW und
PSA eingesetzt werden. BMW hat nun
auf Basis dieser Motorfamilie eine eigene
Hochleistungsvariante mit 155 kW /
260 Nm für den neuen Mini John Cooper
Works abgeleitet, die nur im Mini eingesetzt werden wird. In dem Beitrag wird
aufgezeigt, wie die Zielsetzung für die
Entwicklung war, welche Modifikationen an der Basisversion vorgenommen
wurden, und welches Ergebnis in Bezug
auf Funktionen und Akustik erreicht
werden konnte.
Dipl.-Ing. M. Fitzen (Vortragender), Dipl.Ing. W. Hatz, Dipl.-Ing. A. Eiser, Dr.-Ing. T. Heiduk, Dipl.-Ing. J. Riegner, Audi AG, Ingolstadt: „Der Audi 3,0l TFSI – die neue
V6 Spitzenmotorisierung“:
Der 3,0-l-TFSI bildet die neue V6-Spitzenmotorisierung von Audi. Die Basisauslegung des Aggregats liegt bei 213 kW
und 420 Nm. Die Grundkonzeption des
Motors wurde von den 2006 überarbeiteten V6-Saugmotoren inklusive der reibungsreduzierenden Maßnahmen übernommen. Völlig neu entwickelt wurde
ein Auf lademodul mit integriertem
Rootsgebläse, Bypassregelung und Ladeluftkühlung.
Alle Komponenten sind innerhalb des
V-Raums angeordnet. Durch die extrem
kompakten Abmessungen konnte auch
die Anordnung der Ansaug- und Abgasseite unverändert von den Saugmotoren
übernommen werden. Im Zusammenspiel mit der Direkteinspritzung werden
bei Ansprechverhalten, Effizienz und
Akustik neue Maßstäbe gesetzt.
Der neue Audi V6 3,0l TFSI verbindet
hohe Drehmoment- und Leistungswerte
bei hervorragendem Ansprechverhalten
mit den Package- und Abgasvorteilen
eines Saugmotors. Er bietet daher beste
Voraussetzungen für einen breiten Einsatz innerhalb der Audi-Modellpalette.
Die Erstvorstellung des Aggregats erfolgt
im neuen A6 im Herbst 2008.
Dipl.-Ing. K. Joos (Vortragender), Dipl.Ing. P. Lückert, Dipl.-Ing. F. Kreitmann, Dr.-Ing.
N. Merdes, Dr.-Ing. R. Weller, Dipl.-Ing. E.
Rau, Daimler AG, Stuttgart: „Neuer
Mercedes-Benz-V6-Sportmotor – die sport­
liche Art Kraftstoff zu sparen“:
Seit dem Frühjahr 2004 wird der V6Ottomotor mit der internen Typbezeichnung M272 bei Mercedes-Benz in Serie
gebaut. Dieser Sechszylindermotor wird
in allen Pkw- Baureihen bei MercedesBenz mit Standard- und Allradantrieb
ohne technische Unterschiede eingesetzt.
Für die Modellpflege der Roadster-Baureihen SL und SLK wurde auf Basis dieses
3,5 l-V6-Motors in nur 21 Monaten eine
Variante entwickelt, die den sportlichen
Charakter der Fahrzeugbereiche noch
stärker betont. Ziele waren dabei eine
sportliche Leistungsentfaltung mit ausgeprägter Drehfreudigkeit, eine deutlich
gesteigerte Nennleistung, eine sportlich
angepasste Akustik, und dies alles gepaart mit einem deutlich verbesserten
Verbrauchsverhalten.
Zur Erfüllung der Kriterien wurden
der Kettentrieb und die Ventilsteuerung
überarbeitet sowie der Ladungswechsel
und die Verbrennung grundsätzlich neu
ausgelegt. Unter Beibehaltung der guten
Füllungswerte konnte die Brennraumturbulenz wesentlich gesteigert werden.
In Verbindung mit einer verbesserten Gemischaufbereitung und einer Erhöhung
des Verdichtungsverhältnisses konnte so
sowohl die Leistung als auch der Wirkungsgrad angehoben werden.
14 Motormechanik
J. Harada (Vortragender), T. Yamada, K. Watanabe, Toyota Motor Corporation, Aichi,
Japan: „Die neuen 4-Zylinder Ottomotoren mit VALVEMATIC-System“:
Für die Anwendung in Serienmotoren
der mittleren Hubraumklasse hat Toyota
ein Ventilsystem „Valvematic“ mit kontinuierlich variablen Steuerzeiten und
Ventilhub entwickelt. Der Kraftstoffverbrauch in niedriger und mittlerer Teillast kann durch Verwendung kleinerer
Ventilhübe und früheres Einlassventilschließen zur Reduzierung der Ladungswechselverluste verbessert werden.
Das System benutzt einen speziellen
Ventilhebel zur kontinuierlichen Verstellung der Steuerzeiten und des Ventilhubes, der zwischen Nockenwelle und
konventionellem Ventilhebel angeordnet
ist. Ein Elektromotor steuert Ventilhub
und -öffnungsdauer, während zusätzlich
sowohl an der Einlass- als auch an der
Auslassnockenwelle ein hydraulischer
kontinuierlich verstellbarer Ventilsteuerungsmechanismus (VVT-i) eingebaut ist.
Der Aktuator beinhaltet Toyota´s Planetenrollenschraubeinheit, die die rotierende Bewegung in eine lineare übersetzt, wobei auf kompaktes Design Wert
gelegt wurde.
2007 wurde Valvematic am Japanischen Markt in einem 2.0 L Motor (3ZRFAE) eingeführt, dem grössten Motor der
MTZextra
15
Ta g u n g s b e ric ht
Wiener Motorensymposium
Bild 16: Gute Stimmung am Ende der Tagung: „Die großen Drei“: v.r.n.l. Prof. Winterkorn (VW),
F. Fehrenbach (Bosch), Dr. Zetsche (Daimler), Prof. Lenz
ZR-Baureihe. Der Motor verwendet ein
auf dem Zylinderkopf aufgesetztes Nockenwellengehäuse. Diese Struktur erlaubt einen hohen Gleichteilanteil mit
dem konventionellen Motor sowie leichte Montage des Valvematic -Systems als
Nockenwellengehäusemodul.
Der Benzinverbrauch dieses Motors
wird um 5 bis 10 % durch die integrierte
Steuerung von Valvematic, VVT-i und der
Drosselklappe gesenkt. Die maximale
Leistung wurde um zirka 11 kW durch
den mittels Valvematic verbesserten volumetrischen Wirklungsgrad angehoben. Abgasemissionen wurden unter anderem durch die erhöhte Luftansauggeschwindigkeit in die Zylinder bei niedrigem Ventilhub verbessert.
T. Fujita (Vortragender), S. Kiga, Nissan
Motor Co., Ltd., Kanagawa, Japan; S. Tsuruta, Hitachi, Ltd., Kanagawa, Japan:
„Die neue variable Ventiltechnik (VVEL)
in den neuen V6- und V8-Motoren von
Nissan“:
Nissan hat vor kurzem ein neues variables Ventilsystem (VVEL) entwickelt, das
sowohl die Ventilöffnungs- als auch die
Ventilschliessungszeit konstant über einen grossen Bereich steuert. Dieses VVELSystem in Kombination mit der bisher
schon eingesetzten VTC-Technik steuert
optimal die Einlasssteuerzeiten, um sich
den Betriebsbedingungen des Motors anzupassen. Diese Technik ermöglicht eine
ausgeglichene Verbesserung der Motorenleistungscharakteristik.
16
MTZextra
In dieser Präsentation wird das Prinzip des VVEL-Systems, der elektrischen
Steueranlage und die Auswirkung auf
die Motorleistung beschrieben. Ebenso
wird auf die Produktionstechnik für den
Einsatz im V6- und V8-Motor eingegangen. Zum Abschluss wird ein Ausblick
auf die zukünftigen Aussichten der VVELTechnik gegeben.
Dr. H. Unger (Vortragender), Dr. J. Schneider, Dr. C. Schwarz, Dr. K.-F. Koch, BMW
Group, München: „Die VALVETRONIC –
Erfahrungen aus 7 Jahren Großserie und
Ausblick in die Zukunft“:
BMW führte im Jahr 2001 mit dem
neuen Vierzylindermotor den ersten
Pkw-Ottomotor weltweit ein, bei dem
die Laststeuerung über einen vollvariablen Ventiltrieb, die BMW-Valvetronic,
erfolgte. Damit wurde gegenüber dem
Vorgängermotor eine Verbrauchsabsenkung um 12 % erreicht und eine Basistechnologie für alle zukünftigen BMWOttomotoren geschaffen. Die Valvetronic wurde seit ihrer Einführung permanent technisch weiterentwickelt und
wird sich auch in Zukunft allen Anforderungen stellen und weitere Potenziale
realisieren.
Dabei muss die Konstruktion mit einer permanenten Optimierung des Konzeptes und der einzelnen Bauteile die
Basis schaffen, um die funktionalen Ergebnisse immer weiter zu steigern. Im
Bereich der Elektrik und Elektronik werden mit einer konsequenten Weiterent-
wicklung in Richtung einer immer höherwertigeren Integration der System­
aufwand und die Systemkomplexität
deutlich reduziert. Die Thermodynamik
leistet jetzt schon mit den Möglichkeiten
der Valvetronic einen sehr hohen Beitrag
zur Verbrauchsreduzierung und bietet
außerdem noch sehr viel Zukunftspotenzial in Kombination mit anderen neuen
Technologien, wie zum Beispiel der homogenen Direkteinspritzung und der
Turboaufladung.
Die Produktion eines Systems wie der
Valvetronic in der Großserie war und ist
eine mindestens genauso große Herausforderung wie deren Entwicklung. BMW
ist der einzige Motorenhersteller, der
sich dieser Aufgabe gestellt hat und bereits über 2,5 Millionen Motoren mit Valvetronic produziert und verkauft hat.
15 Plenar-Schlusssektion:
Blick in die Zukunft
Prof. Dr. M. Winterkorn, Bild 13, Vorsitzender des Vorstands, Volkswagen AG, Wolfsburg: „Nachhaltigkeit und Mobilität –
Herausforderungen an die Entwicklung
neuer Antriebstechnologien im Volkswagen Konzern“:
Individuelle Mobilität gehört zu den
Haupttreibern wirtschaftlicher Entwicklung – auch und gerade in den neuen,
aufstrebenden Märkten. Gleichzeitig
bringt die rasant wachsende Mobilität
enorme Herausforderungen für Umwelt
und Infrastruktur mit sich.
Der Volkswagen Konzern stellt sich
seiner Verantwortung. Das Unternehmen
treibt nicht nur weltweit innovative Lösungen zur Senkung von Emissionen
durch immer effizientere Verbrennungsmotoren und Getriebe oder die Entwicklung alternativer Kraftstoff- und Antriebskonzepte voran. Der Konzern arbeitet auch an neuen Gesamtfahrzeugkonzepten, die Maßstäbe für ressourcen- und
umweltschonendes Autofahren setzen.
Mit regional differenzierten techni­
schen Lösungen verfolgt der Volkswagen
Konzern dabei ein globales Ziel: Nachhaltigkeit und Mobilität weltweit in Einklang zu bringen.
„Wir bei Volkswagen verstehen Nachhaltigkeit nicht nur als Herausforderung sondern vor allem als Chance.
Denn mit Lösungen für eine nachhal-
tige automobile Zukunft beweisen wir
unsere Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit“, führte Prof. Winterkorn aus. Weiterhin:
–„Technologien wie TDI, TSI – TFSI und
unsere Doppelkupplungsgetriebe treten von Europa aus ihren globalen
Siegeszug an.
–Neue Konzepte wie BlueMotion aber
auch Ecofuel-Fahrzeuge, der Dieselhybrid oder alternative Kraftstoffe wie
SunFuel werden ihre Verbreitung in
regionaler Anwendung finden.
–Mit der New Small Family bringen wir
eine völlig neue Fahrzeuggeneration,
die in Sachen Umweltfreundlichkeit
Maßstäbe setzen wird.“
Franz Fehrenbach, Bild 14, Vorsitzender der
Geschäftsführung, Robert Bosch GmbH,
Stuttgart: „Herausforderungen globaler
Zulieferunternehmen“:
Die wesentlichen Herausforderungen
global agierender Zulieferunternehmen
in der Automobilindustrie lassen sich an
folgenden Punkten festmachen:
–Die Veränderungen in der Weltwirtschaft, die regionale Umverteilung
des Bruttoinlandsprodukts (BIP) und
die globale Automobilproduktion
führen insbesondere zur wirtschaftlichen Stärkung des Raums Asien/Pazifik.
–Die Ölpreisentwicklung, das Wechselkursrisiko, die Rohmaterialpreise und
die im Branchenvergleich hohe jährliche negative Preisänderungsrate erfordern neben einer ständigen Erhöhung der Produktivität eine starke
globale Innovationskraft mit zunehmender regionaler Kompetenz.
–Künftige Herausforderungen durch
weitere Emissionsreduzierungen erfordern ebenfalls erhöhte technologische Kompetenz und Innovationsstärke.
–Das Low-Price-Segment eröffnet neue
Marktsegmente. Hier sind neue technische Lösungen gefragt, die zusammen mit der Optimierung der Emissionen wesentlich zur technologischen Diversifizierung und damit
zur Komplexitätserhöhung des Portfolios der Automobilzulieferer insgesamt beitragen.
–Neben dem Wunsch, möglichst emissionsfrei zu fahren, besteht die Vision eines unfallfreien Fahrens. Auch
hier ist eine wesentliche Antwort In-
novation im Komponenten- und Systembereich.
–Die Standardisierung als klassische
Lösung zur Komplexitätsreduzierung
muss mit den regional stark divergierenden Kundenwünschen in Einklang gebracht werden.
Dr. D. Zetsche, Bild 15, Vorsitzender des
Vorstands, Daimler AG, Stuttgart: „Die
Liebe zum Erfinden – Innovation als
Wachstumsmotor in der Automobilindustrie“:
Von Carl Benz stammt der Satz: „Die
Liebe zum Erfinden hört niemals auf.“
Dieser Satz gilt nicht nur für Daimler,
sondern für die gesamte Automobilindustrie. Innovationskraft ist eine ihrer
wichtigsten Triebfedern und zugleich
die Basis für ihre heutige Schlüsselstellung in der Weltwirtschaft:
Über 50 Mio. Arbeitsplätze weltweit
sind mit dem Automobil verbunden. Im
Jahr 2006 hat die Branche ein Steueraufkommen von rund 430 Mrd. Euro erbracht. Und jedes Jahr investiert die Automobilbranche über 80 Mrd. Euro in
Forschung und Entwicklung – mehr als
jeder andere Industriezweig. Von dieser
Innovationskraft profitiert nicht nur die
Automobilindustrie – auch außerhalb
der Branche ist das Auto ein wichtiger
Treiber für Wachstum und Wohlstand:
In den Industrieländern werden 80 Prozent aller Güter per Lkw transportiert –
ein modernes Supply-Chain-Management wäre ohne Trucks undenkbar. Und
in Frankreich wurde ausgerechnet, dass
jeder weitere Kilometer Autobahn vier
neue Arbeitsplätze nach sich zieht.
Das Automobil hat aber nicht nur
wirtschaftliche Veränderungen, sondern
auch enorme gesellschaftliche Impulse
ausgelöst. Hunderten Millionen von Menschen hat es neue Bildungs- und Lebenschancen eröffnet. Der menschliche Aktionsradius hat sich durch das Auto massiv
erweitert: Im 19. Jahrhundert reiste ein
Europäer durchschnittlich 20 Kilometer
im Jahr – heute sind es 20 Kilometer pro
Tag. Dank des Automobils sind wir unabhängiger von räumlichen Entfernungen
und können dadurch neue Entfaltungsmöglichkeiten buchstäblich „erfahren“.
Kurzum: Ein Auto schafft Freiheit – bei
der Wahl des Wohnortes, des Arbeitsplatzes, der Freizeitgestaltung und so
weiter. Die Automobilisierung ist in diesem Sinne auch ein Stück Demokratisie-
rung. Sie ermöglicht mehr Teilhabe für
mehr Menschen.
Auch in Zukunft wird die Automobilindustrie deshalb ein starker Wachstumsmotor für Technologie, Wirtschaft
und Gesellschaft bleiben. Die dafür erforderliche Innovationskraft hat sie.
Denn „die Liebe zum Erfinden hört niemals auf.“
Mit der Einladung zum 30. Internationalen Wiener Motorensymposium am 7./8.
Mai 2009 beendete Prof. H. P. Lenz die Tagung, Bild 16.
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Tagungsband
Die Vorträge des 29. Internationalen Wiener
Motorensymposiums sind im vollen Wortlaut
in den VDI-Fortschritt-Berichten, Reihe 12,
Nr. 672, Band 1 und 2 (einschließlich CD), nebst
Zusatzheften enthalten. Die Unterlagen sind
beim Österreichischen Verein für Kraftfahrzeugtechnik (ÖVK) erhältlich.
Einladung
Das 30. Internationale Wiener Motorensymposium findet am 7./8. Mai 2009 im Kongresszentrum Hofburg Wien statt, wozu schon heute
herzlich eingeladen wird. Rechtzeitige Anmeldung nach Programmbekanntgabe im Internet
ab zirka Mitte Dezember 2008 wird dringend
empfohlen.
Kontakt
Österreichischer Verein für Kraftfahrzeugtechnik
(ÖVK)
A 1010 Wien
Elisabethstraße 26
Tel. + 43/1/5852741 – 0
Fax + 43/1/5852741-99
E-Mail: [email protected]
Homepage: www.oevk.at
MTZextra
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