Um Emissionen zu reduzieren, den Kraftstoffverbrauch weiter zu senken und den Klimakomfort im Pkw zu steigern, ist eine verbesserte, variable Nutzung der vorhandenen Wärmeströme im Fahrzeug erforderlich.
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Um Emissionen zu reduzieren, den Kraftstoffverbrauch weiter zu senken und den Klimakomfort im Pkw zu steigern, ist eine verbesserte, variable Nutzung der vorhandenen Wärmeströme im Fahrzeug erforderlich. So stellen die immer häufiger eingesetzten integrierten Turbolader (ITL) erhöhte Anforderungen an das Kühlsystem. ITL benötigen statt einer auf verschiedene Betriebszustände reagierenden, eine möglichst vorausschauende Kühlung. Dies ist jedoch nicht die einzige Baustelle, wenn es um das Thermomanagement geht. Schon bislang glich die situations- und zielgerechte Verteilung der Wärmeströme im Fahrzeug eher einer Mangelverwaltung. Nicht umsonst ging die Entwicklung von Zuheizern mit der kontinuierlichen Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren einher.
Noch schwieriger ist die Situation bei Elektrofahrzeugen. Zu den Herausforderungen bei diesen Konzepten zählt das Thermomanagement im Hinblick auf die speziellen thermischen Eigenschaften der Elektrokomponenten. So schreiben Stefan Pischinger, Peter Genender, Stefan Klopstein und David Hemkemeyer in ihrem Artikel Aufgaben beim Thermomanagement von Hybrid- und Elektrofahrzeugen aus der ATZ 4-2014: "Im Vergleich zum Verbrennungsmotor besitzen die elektrischen Komponenten einen sehr hohen Wirkungsgrad. Dies führt a priori zu deutlich geringerer Abwärme. Weiterhin sind aber die Grenztemperaturen der elektrischen Komponenten verglichen mit denen von Verbrennungsmotoren deutlich niedriger. Daher müssen mehrere, mindestens zwei, Temperaturbereiche mit den Kühlkreisläufen des Fahrzeugs abgedeckt werden."
Koordinierte Steuerung von bis zu 15 Komponenten
Dass es sich beim Thermomanagement mittlerweile um eine komplexe und vielschichtige Aufgabe handelt, weiß auch Dr. Jost Bernasch, Geschäftsführer des Kompetenzzentrums "Das virtuelle Fahrzeug" in Graz, Österreich. Im Interview Kampf um jede Energieeinheit aus der ATZ 1-2014 beschreibt Bernasch, wie die Simulation bei der Betriebsstrategie- und Funktionsentwicklung von Steuergeräten im Thermomanagement helfen kann. Um etwa die Potenziale des Thermomanagements zur Geltung bringen zu können, sei eine koordinierte Steuerung von rund 15 Komponenten wie Pumpen, Kompressor, Lüfter, Ventilen oder Zuheizer in den Heiz-, Kühl- und Klimatisierungskreisläufen erforderlich. Bernasch: "Das ist, wenn Sie so wollen, wie eine Gleichung mit 15 Unbekannten. So etwas lässt sich nur mit Rechnerhilfe erledigen." Geht es nach den Ideen der Grazer Forschungsgesellschaft, so ist künftig eine Applikation in der Daten-Cloud für die Regelung des Klimakomforts im Fahrzeug zuständig. Und nicht nur das. Auch um den aggregateseitigen Wärmebedarf soll sich die Cloud kümmern und zwischen den vielen Wärmeverbrauchern im Fahrzeug makeln.
Immer im optimalen Temperaturbereich
Auf Seiten der Aktuatorik bieten mechatronische Systeme zur Kühlwassersteuerung die Möglichkeit, das Verbrauchs- und Emissionsverhalten von Fahrzeugen zu optimieren und gleichzeitig den Klimakomfort im Fahrzeuginnenraum zu erhöhen. Je nach Konfiguration des Antriebsstrangs ergeben sich bei der jeweiligen Auslegung vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten. Schaeffler hat dazu ein integriertes Thermomanagementmodul entwickelt, das sich seit seiner Präsentation so gut verkauft, dass bereits ein zusätzliches Werk für die Produktion gebaut werden musste.
Durch das Thermomanagementmodul kann der Motor stets im optimalen Temperaturbereich betrieben werden. Auch die Peripherie (Innenraumheizung, Motorblock, Motoröl etc.) kann bedarfsgerecht temperiert und direkt nach dem Motorstart schnell aufgeheizt werden, wodurch wiederum die Reibung minimiert wurde. Dieses Modul ist nicht nur Bestandteil des im Artikel Segeln und erweitertes Start-Stopp im Kleinwagensegment aus der ATZ 9-2015 von Peter Firsching, Markus Kneißler und Martin Rauch beschriebenen Schaeffler-Konzeptfahrzeugs Micro Plus. Auch immer mehr Serienfahrzeuge werden damit ausgestattet. Der erste Serienmotor, der mit einem solchen multifunktionalen Kühlwasserregler ausgestattet wurde, war der 1,8-l-TFSI-Motor von Audi.