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Über dieses Buch

Die inhaltlichen Schwerpunkte des Tagungsbands zur ATZlive-Veranstaltung Ladungswechsel im Verbrennungsmotor 2017 sind unter anderem die Betrachtung des Gesamtsystems und dessen Optimierung, der Einfluss der Elektrifizierung auf den Ladungswechsel, Brennverfahren, Variabilitäten, Brennstoffzelle, Aufladung sowie neue Entwicklungsmethoden. Die Tagung ist eine unverzichtbare Plattform für den Wissens- und Gedankenaustausch von Forschern und Entwicklern aller Unternehmen und Institutionen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Ladungsbewegungskonzepte für moderne Brennverfahren

Die Erfüllung der ab 2021 geltenden strengen Vorgaben, den CO2-Ausstoß für eine mittlere Fahrzeugmasse von 1372 kg auf 95 gCO2/km zu reduzieren, erfordert eine deutliche Erhöhung der Effizienz der Verbrennungsmotoren. Eine konsequente Entdrosselung der Teillast mit Miller/Atkinson-Brennverfahren, in Kombination mit Wirkungsgradsteigerung durch Anhebung der geometrischen Verdichtung, ist am Ottomotor ein vielversprechender Ansatz zur Senkung des Zyklusverbrauches [1]. Die Kombination dieser Technologien erschließt deutliche Verbrauchspotenziale, stellt aber gleichzeitig hohe und teils gegensätzliche Anforderungen an das Ladungsbewegungskonzept.
Mario Medicke, Andre Brenner, Michael Günther

Potenziale der 1D- / 3D-Kopplung in der Brennverfahrensentwicklung

Die Vorhersage des Brennverlaufs ist in der 1D Motorprozessrechnung ein wesentlicher Schlüssel zur Erlangung einer hohen Ergebnisgüte in der Auslegephase eines Verbrennungsmotors. Zum einen besteht die Möglichkeit, auf Brennverläufe aus Messungen an ähnlichen Motorkonzepten oder Einzylindermotoren zurückzugreifen (Abb. 1, links). Bei dieser Vorgehensweise kann jedoch im laufenden Entwicklungsprozess nicht flexibel auf Änderungen des Brennverfahrens reagiert werden, so dass die Vorhersagequalität mitunter nicht den Ansprüchen genügt.
Björn Franzke, Bastian Morcinkowski, Philipp Adomeit, Patrick Hoppe, Stefania Esposito

A New Model for Predicting the Knock Boundary with EGR at Full Load (Ein neues Modell zur Vorhersage der Klopfgrenze bei Volllast-AGR)

The ongoing trend of enforcing lower fuel consumption and tightening emission standards, combined with ever-increasing customer demands and severe competition on the global market is the main driving force for further improvement of the internal combustion engine regarding its efficiency and emissions. The most significant operation limit of spark ignition (SI) engines still prohibiting the accomplishment of these goals is the occurrence of knock, although this phenomenon has been observed for the first time almost 100 years ago. High compression ratios, which are desired for further improving efficiency, result in increased cylinder pressures and temperatures that, in turn, promote the occurrence of knock.
Alexander Fandakov, Michael Bargende, Michael Grill, Max Mally, André Casal Kulzer

Variable Ventiltriebe in Heavy-Duty-Motoren – ermittelte Potenziale mit Miller-Steuerzeiten

Die Entwicklung der Emissionsgesetzgebung für Nutzfahrzeugmotoren mit einer möglichen weiteren Herabsetzung der Grenzen für Stickoxide (NOx) und Partikel und die dabei zukünftig zusätzlich geforderte Einhaltung von CO2-Limits stellt die Entwickler vor große Herausforderungen.
Dirk Weberskirch, Dominic Hyna, Thomas Malischewski, Steffen Hirschmann, Tim Dressel

Moderne Nockenwellenverstellung – was geht elektrisch besser?

Um den dramatisch ansteigenden Anforderungen an moderne Verbrennungsmotoren in Bezug auf Wirkungsgrad, Abgasemissionen und Komfort auch künftig gerecht werden zu können, sind signifikant flexiblere und leistungsfähigere Konzepte zur schnellen und präzisen Anpassung des Luftpfades an die Notwendigkeiten des Ladungswechsels unter den momentanen Betriebsbedingungen des Motors zwingend erforderlich. Die derzeit meist mit dem Öl des Motorölkreislaufes betriebenen, hydraulischen Systeme zur zeitlich optimalen Einstellung der Ventilöffnung stoßen in zahlreichen Anwendungsfällen moderner Brennverfahren oder beim Einsatz in Hybridanwendungen an ihre systembedingten Grenzen. Dies wird besonders augenfällig, wenn die Motorenentwickler gleichzeitig das Öldruckniveau in ihren Motoren zur Vermeidung parasitischer Verluste zu Gunsten eines besseren Wirkungsgrades reduzieren.
Peter Solfrank, J. Dietz

Auslegung der Medienversorgung für ein automobiles Brennstoffzellen-System

Trotz enormer Fortschritte in den vergangenen Jahren und des bereits hohen Reifegrades birgt die Brennstoffzellen-Technologie – speziell im automobilen Bereich – noch sehr viel Entwicklungs- und Optimierungspotential. Insbesondere die Medienversorgung und -konditionierung im Brennstoffzellen-Fahrzeug bedarf hierbei detaillierter Betrachtung, um das volle Potential dieser Antriebstechnologie zu entfalten.
Jürgen Rechberger, Alexander Schenk

Pyrometrische Temperaturmessung an Ladungswechselventilen und Turbinenrädern im stationären und transienten Motorbetrieb – eine neue Methode zur Steigerung der Entwicklungseffizienz und Türöffner für CO2- und Kosteneinsparungen

Die moderne Motorenentwicklung verlangt nach immer flexibleren und dynamischeren Prozessen. Kernpunkte sind dabei Schnelligkeit und Präzision der Messmethoden. Porsche Engineering hat ein Verfahren zur berührungslosen transienten Online-Messung von Bauteiltemperaturen entwickelt, das direkt am Motorprüfstand oder im Fahrzeug einsetzbar ist.
Maximilian Fischer, Matthias Bach, Klaus Fuoss

Turboladerverdichter mit variablem Einlass zur Realisierung hocheffizienter Antriebskonzepte

In der Diskussion um die Antriebstechnologie der Zukunft gerät der Verbrennungsmotor zunehmend unter Druck. Im Vergleich mit dem elektrischen Antrieb als vermeintliche Nullemissionstechnologie erscheinen Verbrennungsmotoren aufgrund ihres CO2- Ausstoßes und wegen der NOx- und Feinstaubproblematik beim Dieselmotor als nicht mehr zeitgemäß. Jedoch bietet der aufgeladene direkteinspritzende Ottomotor – insbesondere in Kombination mit nicht-fossilen Kraftstoffen – ein sehr großes Potential, um die CO2-Emissionen in der Voll- und Teillast zu reduzieren (vgl. [1]).
Mathias Bogner, M. Heldmann, A. Artinger, J. Ehrhard, J. Beer

Motorische Untersuchung einer Doppelstromturbine bei gezielter Variation von Einflussparametern

Um die Leistungsmerkmale moderner Ottomotoren, hohe Nennleistung bei niedrigem Kraftstoffverbrauch einerseits und hohes Low End Torque bei dynamischem Ansprechverhalten andererseits, zu erreichen, stehen Abgasturbolader mit verschiedenen Turbinentypen zur Verfügung. Dabei wird zwischen den Ausführungen ein- und mehrflutige Turbine unterschieden. Je nach geometrischer Ausführung der Flutentrennung wird bei den mehrflutigen Turbinen zwischen den Bauformen Zwillingsstrom- und Doppelstromturbine differenziert.
Michael Kornexl, Hans-Peter Rabl, Wolfgang Mayer, Peter Haluska, Jan Ehrhard

Verdichtervariabilität zur Reduzierung des Scavenging im Low-End-Torque-Bereich eines einstufig aufgeladenen Ottomotors

Bedingt durch die stetige Verschärfung der Emissionsgrenzwerte durch den Gesetzgeber und den Kundenwunsch nach hoher Dynamik und einem geringen Kraftstoffverbrauch unterliegt der Verbrennungsmotor einer stetigen Weiterentwicklung. Im Bereich des Ottomotors im Pkw-Segment hat sich das Downsizing in Verbindung mit der Abgasturboaufladung als bewährtes Mittel zur Verschiebung des Betriebsbereiches hin zu höheren Wirkungsgraden durchgesetzt. Bei einem einstufig aufgeladenen Motorkonzept besteht dabei stets ein Zielkonflikt aus einer hohen Nennleistung und einer guten Performance im Low-End-Torque-Bereich (LET) des Motors. Daraus leitet sich die Anforderung an die Aufladegruppe ab, ein hohes Druckverhältnis über eine große Massenstromspreizung bereitzustellen.
Jan Flinte, Peter Eilts, Thorsten kleine Sextro, Jörg Seume

Elektrifizierung eines Standardturboladers und ihre Auswirkung auf den Verbrennungsmotor, Cross-Charger® – turbo by wire (Electrification of standard TCs and its impact on the ICE, Cross-Charger® – turbo by wire)

Die anhaltende öffentliche Diskussion über die Emissionen der Verbrennungsmotoren forciert die Nachfrage nach der Elektrifizierung des selbigen. Nicht nur Nebenaggregate stehen im Fokus, sondern der gesamte Antriebsstrang. Das Aufladesystem spielt eine Schlüsselrolle bei der Erschließung der Einsparpotenziale. Das Kernproblem aller turboaufgeladenen Verbrennungsmotoren besteht im verzögerten Mitteldruckaufbau bei niedrigen Drehzahlen. Das wirksamste Mittel, positiven Einfluss auf das dynamische Verhalten von aufgeladenen Motoren zu nehmen, stellt die Elektrifizierung des Turboladers dar.
In der vorliegenden Arbeit wird ein elektrischer Aktuator, Cross-Charger®-Aktuatorik, vorgestellt, der es ermöglicht, ohne gravierende bauliche Veränderungen einen herkömmlichen Abgasturbolader (ATL) zu elektrifizieren. Durch diese elektrische Unterstützung der Turboladerwelle kann nicht nur das Transientverhalten des ATLs, sondern auch seine Regelbarkeit wesentlich verbessert werden. Standardturbolader werden mit Hilfe der Cross-Charger®-Aktuatorik elektrifiziert und deren Eigenschaften im Vergleich zum ursprünglichen Turbolader dargestellt: Die so kostengünstig elektrifizierten Aufladeaggregate verbessern nicht nur den Drehmomentaufbau des Verbrennungsmotors, sondern können auch das maximal verfügbare Drehmoment im unteren Drehzahlbereich erhöhen. Fahrversuche an Demofahrzeugen belegen eindrucksvoll, wie damit deren Beschleunigungsvermögen verbessert werden kann. Darüber hinaus können die Schadgasemissionen CO2, NOx, PM … um bis zu 35 % reduziert werden.
H. Gödeke, R. Löffler

Niedervolt-Boostsysteme für turboaufgeladene Otto‑Motoren

Bei der Entwicklung neuer aufgeladener Ottomotoren stehen die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs, die Reduktion der Abgasemissionen, aber auch die Steigerung von Leistung und Drehmoment im Vordergrund. Diese Anforderungen können mit Hilfe innovativer Brennverfahren und der Optimierung des Emissionskonzeptes erfüllt werden. Eine besondere Rolle fällt dabei auch den Aufladekonzepten zu, wobei insbesondere mit der Einführung eines 48 Volt-Bordnetzes innovative elektrifizierte Aufladekonzepte an Attraktivität gewinnen [1, 2].
Dirk C. Leinhos, Samuel Engeda, Andreas Heinisch, Johannes Dimler, Christian Schwarz

Tagungsbericht

Die Elektrifizierung hält immer stärker Einzug in den Fahrzeugbau. Hierdurch ergeben sich zahlreiche Herausforderungen, aber auch Potenziale für den Ladungswechsel. Rund 110 Experten diskutierten auf der 10. MTZ-Fachtagung „Ladungswechsel im Verbrennungsmotor“ am 24. und 25. Oktober 2017 im Mercedes-Benz-Museum in Stuttgart den Einfluss der Elektrifizierung auf den Ladungswechsel und die sich daraus ergebenden Lösungen.
Andreas Fuchs
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