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Über dieses Buch

Gegenstand dieser Studie sind Verbrennungsmotorkonzepte für hybride Antriebsstränge. Mittels Simulationen untersucht Morris Langwiesner drei Konzepte mit verlängerter Expansion. Diese Prozessführung ermöglicht bei gleichbleibendem Verdichtungsverhältnis eine deutliche Steigerung des Expansionsverhältnisses und infolgedessen eine Wirkungsgradsteigerung. Eine Herausforderung bei der Simulation ist die Berücksichtigung aller konzeptspezifischen, den effektiven Wirkungsgrad beeinflussenden Effekte. Daher ist die richtige Wahl von Submodellen für die notwendige Vorhersagefähigkeit entscheidend. Die Gültigkeit der im Fokus stehenden Submodelle wurde vom Autor mithilfe von Validierungsexperimenten nachgewiesen. Die durchgeführten Gesamtsystemsimulationen zeigen, dass die Wahl der Hybridtopologie einen maßgeblichen Einfluss auf die Ausnutzung des Bestpunktbereichs hat. Mit einer kombinierten P2/4-Topologie sind die Potenziale zur Verbrauchssenkung im Fahrzyklus WLTP gegenüber einem konventionellen Motor am größten.

Der Autor
Morris Langwiesner hat am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart am Lehrstuhl für Fahrzeugantriebe promoviert und ist Entwicklungsingenieur im Bereich Hybridantriebe.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Ressourcenknappheit und steigende Kraftstoffpreise, gesetzliche Regularien sowie ein steigendes Umweltbewusstsein der Kunden sind einige Gründe, weshalb die Senkung des Kraftstoffverbrauchs heute eines der wichtigsten Entwicklungsziele von Kraftfahrzeugen darstellt. Zur Senkung des Verbrauchs existieren nach [30] drei Möglichkeiten: Erstens das Absenken des Leistungsbedarfs durch verringerte Fahrwiderstände, zweitens der Einsatz von Getriebestrategien und drittens die Steigerung des effektiven Motorwirkungsgrades. Letztere stellt das Kernthema der vorliegenden Arbeit dar. Dabei wird ausschließlich die ottomotorische Verbrennung betrachtet.
Morris Langwiesner

Kapitel 2. Grundlagen

Der Einsatz von Simulationen im Entwicklungsprozess von Kraftfahrzeugen liefert heute, vor allem unter wirtschaftlichen Aspekten, einen wichtigen Beitrag zur Produktentstehung. In der Antriebsstrangentwicklung werden zur Berechnung von Leistung und Effizienz vor allem Längsdynamik-, Strömungsund Motorprozesssimulationen angewendet.
Morris Langwiesner

Kapitel 3. Simulation von Hybridfahrzeugen

Ein hybrider Antriebsstrang ist definiert durch mindestens zwei verschiedene Energiewandler und zwei verschiedene Energiespeicher an Bord des Fahrzeugs für dessen Antrieb. Als Hybridfahrzeug wird in der Regel ein Fahrzeug bezeichnet, dessen Antrieb aus einem Verbrennungsmotor (VM) kombiniert mit einer E-Maschine (EM) besteht [83]. Die zugehörigen Energiespeicher sind demnach ein Kraftstofftank zur Speicherung von chemischer Energie und eine Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie.
Morris Langwiesner

Kapitel 4. Bestpunktoptimierte Verbrennungsmotoren

Ein bestpunktoptimierter Verbrennungsmotor sei definiert als ein Motorkonzept, bei dem durch eine geänderte Prozessführung ein besonders hoher Wirkungsgrad im Bestpunkt erreicht wird. Zudem wird der Bestpunktbereich vergrößert. In dieser Arbeit werden Motorkonzepte untersucht, die das durch die Umsetzung einer verlängerten Expansion erreichen.
Morris Langwiesner

Kapitel 5. Validierung und Abstimmung der Submodelle

Die Simulationskette muss dazu in der Lage sein, ein Motorkonzept vorhersagefähig durch die gezielte Abwandlung eines Basismodells zu modellieren. Als Basismodelle werden Motormodelle verwendet, die einen Serien- oder Forschungsmotor der Daimler AG abbilden und über ein auf hochqualitative Messdaten kalibriertes Strömungsmodell verfügen.
Morris Langwiesner

Kapitel 6. Simulation bestpunktoptimierter Verbrennungsmotoren

Die Brennstoffeigenschaften entsprechen einem E10-Benzin Kraftstoff mit dem Heizwert Hu = 40.89 MJ/kg und einem stöchiometrischen Verhältnis Lst = 14:21.
Morris Langwiesner

Kapitel 7. Gesamtsystemsimulation

In diesem Kapitel werden die Motorkonzepte bzgl. der Verbrauchspotenziale in Hybridantriebssträngen untersucht. Dafür werden mit Gesamtsystemsimulationen die Fahrzyklen WLTP und MBVT betrachtet. Bei der Auswertung der Ergebnisse ist die Verbrauchseinsparung bezogen auf Basismotor 1 von Interesse. Darüber hinaus werden die Ergebnisse der Verlustteilung dazu verwendet, die motorischen Verluste im Fahrzyklus aus den Ergebnissen der Gesamtsystemsimulation zu ermitteln.
Morris Langwiesner

Kapitel 8. Zusammenfassung und Ausblick

Gegenstand dieser Arbeit ist die Simulation und Bewertung von verbrennungsmotorischen Konzepten für hybridisierte Antriebsstränge. Im Gegensatz zu konventionellen Antriebssträngen rückt bei Hybridantriebssträngen die Relevanz des Bestpunktbereichs des Verbrennungsmotors in den Fokus. Der untere Teillast- und Drehmomenteckpunktbereich ist von geringerer Bedeutung als bisher üblich. Daraus ergibt sich der Bedarf, Konzepte für bestpunktoptimierte Verbrennungsmotoren zu entwickeln. Als Maßnahme zur Optimierung des Bestpunktbereichs wird das Prinzip der verlängerten Expansion untersucht.
Morris Langwiesner

Backmatter

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