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16.02.2015 | Motorentechnik | Interview | Onlineartikel

"Komplexität spielte immer schon eine entscheidende Rolle"

Autor:
Christiane Brünglinghaus
4 Min. Lesedauer

Der Ottomotor ist zu einem sehr komplexen mechatronischen System geworden, Welche Anforderungen an die Steuerung und Regelung von Ottomotoren gestellt werden, erklärt Professor Dr.-Ing. Konrad Reif im Interview.

In Ihrem Buch Ottomotor-Management stellen Sie umfassend die Steuerung und Regelung von Ottomotoren dar. Inwieweit gehört für Sie die Motorsteuerung und Regelung zu den Schlüsselkomponenten des Fahrzeugantriebs?

Für einen modernen Motor mit den heutigen Verbrauchs-und Emissionswerten ist eine aufwändige Motorsteuerung mit den zugehörigen Komponenten unabdingbar. Für ein vertieftes Verständnis eines modernen Motors sind daher auch sehr gute Kenntnisse über die Steuerung und Regelung sowie die zugehörigen Komponenten notwendig.

Motorsteuergeräte zielen unter anderem auf die weitere Reduktion von Kraftstoffverbrauch und Emissionen bei Diesel- und Ottomotoren ab. Wie viel Potenzial zur Verbrauchsreduktion gibt es noch?

Im Prinzip ist der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors durch den thermodynamischen Wirkungsgrad limitiert. Es ist jedoch möglich, diesem Grenzwert durch geeignete Maßnahmen sehr nahe zu kommen. Dies sind einerseits Maßnahmen, zum Beispiel neue Brennverfahren, um mit dem vorliegenden realen Kreisprozess dem idealen thermodynamischen Kreisprozess möglichst nahe zu kommen; andererseits geht es darum, die Verluste möglichst klein zu halte, zum Beispiel durch Reduzierung der Reibung. Dabei ist jedoch zu beachten, dass diese Maßnahmen sehr aufwändig sein können und damit die Motoren teuer machen.

Auch wenn auf absehbare Zeit der Verbrennungsmotor noch das beherrschende Antriebskonzept für Pkw und Nutzfahrzeuge ist, so stellt sich bereits jetzt die Herausforderung, Hybridkomponenten und die weiterfortschreitende Elektrifizierung des Antriebsstrangs in die Architektur der Motorsteuerung einzubinden. Wie geht man bestmöglich mit der Herausforderung des kombinierten Antriebskonzeptes um?

Durch die Verwendung von Hybrid-Komponenten wird die Entwicklung und Herstellung von Kraftfahrzeugen ganz wesentlich verändert. Für die Ansteuerung der elektrischen Maschine ist eine umfangreiche Leistungselektronik erforderlich. Hybridfahrzeuge besitzen ein auf den Hybridantrieb abgestimmtes separates Traktionsbordnetz mit einer Spannung von mehreren hundert Volt. Es ist ein Antriebsstrangmanagement inklusive Betriebsstrategie notwendig, das den verbrennungsmotorischen und den elektrischen Antrieb mit dem Traktionsbordnetz und das Energiemanagement steuert. In Zukunft wird sich zeigen, in wieweit das Angebot von Hybridfahrzeugen von den Kunden angenommen wird und die Fahrzeughersteller werden darauf reagieren. Je nachdem, wie groß der resultierende Marktanteil ist, werden entsprechend viele Fahrzeugmodelle angeboten werden.

In heutigen Motorkonzepten spielt die Elektronik eine herausragende Rolle. Die steigende Komplexität zeigt sich zum Beispiel daran, dass sich in den letzten Jahren der Speicherbedarf der Motorsteuerungssysteme vervielfacht hat. Wie bleibt diese Komplexität beherrschbar?

Die Komplexität spielte immer schon eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung und der Herstellung von Kraftfahrzeugen, insbesondere auch bei Verbrennungsmotoren als Antrieb von Kraftfahrzeugen. Zur Beherrschung dieser Komplexität müssen alle Entwicklungsschritte des Gesamtfahrzeugs mit denen der Elektronik abgestimmt sein. Außerdem kommen Methoden des Qualitätsmanagements, Vorgehensmodelle und speziell zugeschnittene Entwicklungswerkzeuge zum Einsatz. Die Qualitätssicherung erfolgt gemäß der Normen IEC 61508 und ISO 26262, für den Entwicklungsprozess kommt häufig das V-Modell zum Einsatz. Zur Unterstützung des Entwicklungsprozesses werden häufig umfangreiche Modellbildungen und Simulationen, das Rapid Control Prototyping von Softwarefunktionen und Bypass-Anwendungen eingesetzt. Die Integration und der Test erfolgt mit In-the-Loop-Testsystemen.

Wie sehen heutige und zukünftige Anforderungen an das elektronische Motormanagement aus?

Die Anforderungen an eine Motorsteuerung ergeben sich aus den Anforderungen an den Motor. Diese Anforderungen betreffen besonders den Verbrauch und die Emissionen. Daneben gewinnen aber auch alternative Kraftstoffe immer mehr an Bedeutung. Die Motorsteuerung muss dazu umfangreiche Daten verarbeiten und die Stellglieder präzise und im richtigen Timing ansteuern. So ist beispielsweise die Einspritzzeit bei der Benzin-Direkteinspritzung viel kürzer als bei der Saugrohreinspritzung. So ergeben sich höhere Anforderungen an die Ansteuerung der Einspritzventile. Bei der Verwendung von Piezo-Einspritzventilen ergeben sich noch weitere spezifische Anforderungen an die Ansteuerung.

Kurz zusammengefasst: Welche zentralen Herausforderungen an die Motorsteuerung gibt es?

Die Aufgabe von zukünftigen Motorsteuerungen ist es, als wesentlicher Bestandteil von effizienten und emissionsarmen Motoren leistungsfähig und zuverlässig zu arbeiten.

Früher gab es im Motor für jede neue Funktion eine neue Komponente oder Baugruppe. Heute werden die Funktionen durch das Zusammenspiel von vielen Komponenten realisiert. Die Motorsteuerung muss dieses Zusammenspiel koordinieren, steuern und regeln.

Zur Person

Prof. Dr.-Ing. Konrad Reif leitet den Studiengang Fahrzeugelektronik und Mechatronische Systeme an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg, Ravensburg, Campus Friedrichshafen. Er ist Lehrbeauftragter an der Technischen Universität München und verantwortet die inhaltliche Herausgabe der Bosch Fachinformation Automobil.

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

Elektronische Steuerung und Regelung

Quelle:
Ottomotor-Management

2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

Hybridantriebe

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Ottomotor-Management

2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

Alternative Kraftstoffe

Quelle:
Ottomotor-Management

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