Eine umfangreiche Ausstellung neuer Motoren, Komponenten und Fahrzeuge ergänzte die Vorträge hervorragend, Bild 7 und Bild 8.

 Bild7:    Bild8:

Den Abend verbrachten die Teilnehmer auf Einladung des Wiener Bürgermeisters in angenehmer Atmosphäre beim Heurigen.

2. Eröffnung

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Prof.Lenz dankte Dr.Pischetsrieder, besonders dafür, dass er bereits eine Woche nach der Amtsübernahme hier seine Vorstellungen darlegt. Dr.Pischetsrieder, Bild 10,  führte aus, dass der Titel seines Vortrages als Frage formuliert, lautet: „Wie können international tätige Unternehmen auf Dauer und weltweit erfolgreich sein?“ und ging auf die Mechanismen der Globalisierung ein:

• Früher waren es lebensnotwendige Rohstoffe oder Produkte.
• Dann wurden es Produkte, die der Mensch zwar nicht unbedingt benötigte, die aber das Leben erleichtern.
• Heute hat der Kunde die Wahl, sich bei gleichem Grund-Nutzen für das Produkt mit den besseren Eigenschaften, Image oder Design zu entscheiden.
• Produkte und Dienstleistungen werden im Überfluss angeboten.
• Dienstleistungen werden immer wichtiger, um den Kunden dauerhaft zu binden.

An Beispielen von Produkten des VW-Konzerns erläuterte Dr.Pischetsrieder diese Strategien.

Bild11:

Der zweite Plenarvortrag wurde von Dr.Georg Pachta-Reyhofen, Vorstand MAN Nutzfahrzeuge AG, München, mit dem Titel: „Der LKW der Zukunft - Hochtechnologie für noch mehr Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit“ gehalten.

Der LKW wird auch in ferner Zukunft der dominierende Verkehrsträger im weltweiten Güterverkehr bleiben, wie Dr.Pachta, Bild 11, ausführte. auf der Basis integrierter Kommunikations- und Informationssysteme sowie unternehmensorientierter Telematikanwendungen wird der LKW Bestandteil eines vernetzten Transportprozesses sein und wird hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Flexibilität seinen Vorsprung gegenüber den anderen Güterverkehrsträgern weiter ausbauen.

Hochleistungsfähige Rechner, koordinierte Fahrerassistenzsysteme werden den Fahrer entlasten und damit einen entscheidenden Beitrag zur Verbesserung der aktiven Sicherheit leisten. Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug sowie Fahrzeug zu Zentrale eröffnen darüber hinaus weitergehende Perspektiven hin zu gekoppelten LKW-Transporteinheiten, wobei dies ohne die Schaffung einer geeigneten Infrastruktur nur sehr schwer zu realisieren sein wird.

Der Verbrennungsmotor bleibt – insbesondere im Güter-Fernverkehr – das dominierende Antriebsaggregat des LKW.

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„Intelligent Simplicity – follow up” war der Titel des dritten Plenarvortrages, den Prof.Dr.Fritz Indra, GM Powertrain, Executive Director Adavanced Engineering, Bild 12, in Fortsetzung seines vor zwei Jahren viel Aufsehen erregenden Vortrages hielt:
 

In dem Bestreben aller Automobilhersteller, den Verbrauch auch bei den Ottomotoren wirkungsvoll abzusenken, hat sich innerhalb dieser zwei Jahre eine erstaunliche Wende in der Beurteilung der Direkteinspritzung für Ottomotoren vollzogen.

Zunächst schien das eine relativ einfache Sache zu sein, die auch einige voreilige Prognosen bewirkte und einige Zulieferfirmen in voreilige Investments trieb. Es stellten sich jedoch während der Entwicklung zur Serienreife sowohl bei der sensiblen mageren Verbrennung, bei der Abgasnachbehandlung und der Langzeitstabilität Schwierigkeiten ein, sodass die ursprünglich anvisierten Ziele bezüglich Kosten, Nutzen, Verbrauch und Markteinführung nicht zu halten waren.

Andere Firmen hielten es eher für angebracht, auf die einfachere und preiswertere mechanische Flexibilisierung der Ventilbetätigung zu setzen. Dabei ist die globale Einsetzbarkeit dieser Technologien ebenso vorteilhaft, wie die breite Anwendbarkeit auf praktisch alle Motorbauarten und Größen.

Natürlich sind flexible Ventilbetätigungen zunächst eine Verkomplizierung des Ottomotors. Durch die weltweite Verwendbarkeit aber wieder einfacher, weil man sich so Doppelentwicklungen für verschiedene Länder ersparen kann.

Positiv ist auch, dass man nicht an schwefelfreien Kraftstoff gebunden ist und trotz der aufwändigen Mechanik dieser Weg immer noch günstiger ist als die Benzindirekteinspritzung mit seiner teuren Abgasnachbehandlung.

So sind heute Alternativen zur Benzin-Direkteinspritzung in der einfacheren mechanischen Flexibilisierung des Ottomotors zu suchen.

Neben grundsätzlichen Überlegungen und Entwicklungstrends wurde auch auf spezielle Beispiele pro und kontra „Intelligent Simplicity“ eingegangen.

3. Neue Ottomotoren

Der neue 2,0l-4V FSI Motor ist der erste Repräsentant einer neuen Motorengeneration von Audi. Bei diesem Motor wird ein fülliger Drehmomentenverlauf mit 200 Nm, sowie eine maximale Motorleistung von 110 kW in Verbindung mit einer hohen Dynamik dargestellt.

In Verbindung mit einem völlig neu und speziell auf die Bedürfnisse direkt einspritzender Ottomotoren hin entwickelten 4V Zylinderkopf wird bei den geschichteten Magerkonzepten erstmalig ein rein luftgeführtes Brennverfahren eingesetzt.

Kontinuierlich gesteuerte Ladungsbewegung und eine bedarfsgerecht geregelte 1-Kolben-Hochdruckpumpe sind weitere Technologien, die für die Audi FSI Technik neu entwickelt wurden.

In den Abgassystemen zukünftiger Audi ‚FSI Fahrzeuge kommen darüber hinaus ein neu entwickelter N0x-Sensor mit direkter CAN-Anbindung, sowie ein innovatives Abgaskühlungskonzept zum Einsatz.

Neue Funktionalitäten in der Motorsteuerung gewährleisten eine hocheffiziente und langzeitstabile Abgasnachbehandlung.

Die in dem Vortrag vorgestellten Technologien sind Grundkomponenten, welche in zukünftigen Audi Motoren in unterschiedlichen Kombinationen zum Einsatz kommen werden und so die Basis einer neuen Motorengeneration darstellen.

Dr.-Ing.K.Bruchner, Dipl.-Ing.R.Klein, Ing.M.Mürwald, Dipl.-Ing.A.Pietsch, DaimlerChrysler AG Stuttgart: „Der neue Mercedes-Benz Vierzylinder-Ottomotor M 271 mit Aufladung für die C-, CLK- und E-Klasse“.
 

Mit Einführung der neuen C-Klasse von Mercedes-Benz wurde der bekannte Vierzylinder Ottomotor M 111 evolutioniert und die mechanische Aufladung in diesem Segment weiter verbreitet.

Der logische nächste Schritt wird jetzt mit Einführung des neuen 4-Zylinder-Ottomotors M 271 getan, in dem die Vorteile der mechanischen Aufladung noch konsequenter genutzt werden.

Diese Ziele wurden durch folgende technische Inhalte erreicht:

• Downsizing auf 1,8 l Basismotor
   
• Kontinuierliche Nockenwellenverstellung auf Ein- und Auslassseite
   
• Lanchesterausgleich
   
• Kompaktes Triebwerk in steifem, leichtem AL-Kurbelgehäuse
   
• Durch Verzicht auf eine Saugvariante ist die optimale Integration des Laders und der Luftführung möglich
   
• Der systematisch gestaltete Zylinderkopf ermöglicht die Fertigung beider Varianten (KE/DE) auf einer Transferstraße, was flexibles Reagieren auf Markterfordernisse zulässt

Durch Downsizing in Verbindung mit mechanischer Aufladung wurden optimale Voraussetzungen geschaffen für die Verbindung von Fahrspaß mit minimalem Verbrauch bei höchstem Komfort.

Dipl.-Ing.B.Heil, Dipl.-Ing.Ch.Enderle, Dr.-Ing.G.Karl, Dipl.-Ing.P.Lautenschütz, Ing.M.Mürwald, DaimlerChrysler AG Stuttgart: „Der neue aufgeladene Mercedes-Benz 4-Zylinder-Ottomotor M 271 mit Direkteinspritzung“
 

Die besondere Herausforderung bei der Entwicklung eines Ottomotors mit Direkteinspritzung besteht darin, ein Brennverfahren zu entwickeln, das keine Kompromisse hinsichtlich seiner Robustheit und Abgasqualität erfordert, um großserientauglich zu sein.

Der Vortrag geht auf die Lernfelder innerhalb dieser Konzeptphase ein und beschreibt die Auswahl des als optimal erkannten Brennverfahrens. Über die einzelnen Umsetzungsschritte des Gesamtkonzepts wird im Zusammenhang berichtet. 

Die gestellten hohen Ansprüche schlagen sich auf Konzept und Ausführung der Abgasanlage mit folgenden Inhalten nieder:

• Luftspaltisolierter Auspuffkrümmer mit integriertem Stirnwand-Katalysator
   
• Schaltbare Kühlstrecke vor NOx-Speicher-Katalysator
   
• Regelfunktion über NOx-Sensor
   

4. Neue Motoren

Die Audi-V-Motoren-Strategie basiert auf einem neuen Grundmotorkonzept, das die Plattform bildet für eine Motorengeneration von V-Motoren, sowohl Otto- als auch Dieselmotoren umfassend.

Hinsichtlich der Kompaktheit der Motoren, insbesondere der Baulänge, setzt das Konzept neue Maßstäbe für V-Motoren.

Dies wird zum einen erreicht durch eine raumsparende Anordnung als auch durch einen innovativen Antrieb der Neben- und Hilfsaggregate. Sie sind räumlich gestaffelt an der linken Motorseite platziert. Ihr Antrieb erfolgt von der Motorrückseite aus mittels einer Kombination aus Kette, Zahnradmodul und Steckwellen.

Zum anderen trägt ein schwungradseitiger, zweistufiger Steuertrieb aus drei Ketten zur Baulängenreduzierung bei.

Durch das die Motorfamilie umfassende Grundkonzept kommen Synergien in Entwicklung, Fertigung und bei den Kaufteilen als Kostenvorteil zum tragen.

Die Verkürzung der Aggregate, beim V8-Ottomotor um 52 mm, ermöglicht Vorteile bezüglich Packaging, Gewicht und Design der Gesamtfahrzeuge und wird damit durch Fahrdynamik- und Verbrauchsverbesserung zum Kundennutzen. Für den zukünftig zu erhöhenden Fußgängerschutz bieten kompakte Motoren eine gute Ausgangsbasis.

Dipl.-Ing.Hans Brüggemann, Dipl.-Ing.Ralf Binz, Dipl.-Ing.Wolfgang Fick, Dipl.-Ing.Karl-Heinz Hoffmann, Dipl.-Ing.Rolf Klingmann, Dipl.-Ing.Dirk Naber, DaimlerChrysler AG, Stuttgart: „Dieselmotoren für die neue E-Klasse (W211)“

Die zusammen mit der Einführung der neuen E-Klasse komplett überarbeitete Dieselmotoren-Baureihe  von Mercedes-Benz zeichnet sich durch höhere Fahrleistungen, verbesserten Komfort und Abgasemissionen aus, die weitere Potentiale im Hinblick auf EU4 erschließen. Unter Einsatz der neuesten Techniken, speziell auf dem Sektor Einspritzung gelang es, die hohen vorgegebenen Ziele zu erreichen.

Besondere Berücksichtigung fanden bei der Entwicklung dieser Motoren die kundenrelevanten Eigenschaften Geräusch und Komfort.

Der Einsatz des Massenausgleichs zweiter Ordnung beim 4-Zylinder, verschiedene Resonatoren und Versteifungen an geräuschkritischen Stellen und die Einspritzstrategie mit doppelter Voreinspritzung tragen zusammen mit der großflächigen, schalldämmenden Abdeckung über dem Motor zu deutlichen Geräuschabsenkung bei.

Dipl.-Ing.Michael Schittler, Dale Allemang, Mark Bara, Dr.-Ing.Albert Flotho, DaimlerChrysler AG, Stuttgart: „Die neuen Reihenmotoren für schwere LKW von DaimlerChrysler“

Eine wesentliche Aufgabenstellung der NFZ-Motorenentwicklung von Daimlerchrysler besteht darin, für die regional unterschiedlichen Fahrzeuge des weltweit größten Herstellers von Nutzfahrzeugen die optimal passenden Motoren bereitzustellen und dabei maximale Volumensynergien zu erreichen.

Bisher wurden in den schweren LKW der Marke Mercedes-Benz in Europa ausschließlich V-Motoren eingesetzt, die für den Einbau in die Actros-Baureihe optimiert wurden. Für das früher völlig unterschiedliche Hauben-LKW-Programm in Brasilien wurden Reihenmotoren entwickelt mit einer Vielzahl gemeinsamer Komponenten mit den V-Motoren.

Die schweren LKW der Marken Freightliner und Sterling in den USA wurden in der Vergangenheit ausschließlich mit den Motoren der dort im Markt etablierten und nicht zum DaimlerChrysler-Konzern gehörenden Motorenherstellern ausgerüstet. Diese Lösung bedeutet den Verzicht auf die gemeinsame Optimierung von Motor und Fahrzeug, wie sie bei einem vertikal integrierten Hersteller selbstverständlich ist.

Deshalb war die Integration des bedeutendsten Motorenlieferanten Detroit Diesel (DDC) in die DaimlerChrysler Business Unit Powersystems ein logischer Schritt. andererseits werden neuerdings in den Fahrzeugen der US-Marken auch Mercedes-Benz Motoren angeboten. Vor diesem Hintergrund werden drei neue Reihenmotoren für schwere LKW beschrieben.

5. Zukünftige Motorenkonzepte

Die Motorisierung für ein so exklusives Fahrzeug wie den neuen Maybach darzustellen, stellt eine attraktive Aufgabe dar, dies sowohl in technischer Hinsicht als auch mit Bezug auf den zeitlichen Rahmen, da der Motor innerhalb von 35 Monaten vom Konzept zum kundentauglichen Aggregat zu entwickeln war.

Der Beitrag beschreibt den Weg von den vorausgehenden theoretischen Analysen zur Konzeption des Motors und Festlegung der motorischen Kenndaten. Es wird erläutert, dass unter den vorgestellten Rahmenbedingungen die Festlegung als 5,5-Liter-12-Zylinder-Ottomotor mit Biturboaufladung und Ladeluftkühlung jeder alternativen Lösung hinsichtlich Zylinderzahl, Hubraum und Aufladetechnik vorzuziehen war.

In der Folge wird auf die spezifische Lösung zur Biturboaufladung mit Ladeluftkühlung und die besondere Nebenaggregateaufrüstung des Motors Typ 12 / M285 eingegangen.

Hinsichtlich der erreichbaren Fahrleistung und Agilität einer Biturbomotorisierung kommt der Abstimmung von Motor und Automatgetriebe sowie der Konzeption des Triebstrangs große Bedeutung zu. Über die Applikation hierzu wird berichtet.

Dr.-Ing.J.G.Smyth, Prof.Dr.-Ing.F.Indra, Dipl.-Ing.A.Hayman, General Motors Advanced Powertrain, Michigan, USA: „Der Innovative V8 Concept Motor (XV8) von GM“

Im innovativen XV8 Konzeptmotor von General Motors wurden eine Reihe von neuen Technologien verwirklicht. Ziel war es, einen V8 Motor darzustellen, der die Größe und den Verbrauch eine V6 Motors hat.

Der Vollaluminium XV8 Motor hat einen Hubraum von 4.3 Liter und drei Ventile pro Zylinder. Zusammen mit einer luftunterstützten Direkteinspritzung ergeben sich optimale Bedingungen für Leistung, Verbrauch und Abgas.

Zwei Nockenwellen im Motorblock oberhalb der Kurbelwelle erlauben zusammen mit einem Bankwinkel von 75 Grad die kompakte Bauweise, sodass der Motor auch quer eingebaut werden kann.

Die Maximalleistung des Motors beträgt 224 kW (300 HP) beziehungsweise 400  Nm (295 lb-ft) Drehmoment.

Dr.Burkhard Göschel, Vorstand Entwicklung und Einkauf, BMW AG, München: „Die zukünftige Rolle des Antriebes für weltweit eingesetzte Premium Fahrzeuge“

Fahrzeuge sind Produkte, die gegenüber anderen Konsumgütern sehr hohe Anschaffungskosten aufweisen. Sie sind Ausdruck der Persönlichkeit und des Stils des Kunden. Seit jeher geht von ihnen eine besondere Faszination aus, die auf dem Design, den Produkteigenschaften und den Markenwerten basiert.

Eine besondere Rolle bei den Produkteigenschaften und beim Erlebnis der Dynamik hat der Antrieb. Dies gilt besonders für die Bayerischen Motoren Werke, bei dem allein schon durch die namensgebung eine besondere Verpflichtung zum Motorenbau besteht.

In diesem Beitrag werden die Grundsätze der Premiummarken-Strategie der BMW Group aufgezeigt und die speziellen Anforderungen an die Antriebe erläutert. Darüber hinaus werden technische Entwicklungstendenzen sowie die Handlungsgrundsätze für die Antriebsentwicklung dargestellt.

6. Optimierung, Simulation

Steigende  Anforderungen, vor allem hinsichtlich Schadstoffarmut bei gleichzeitig hoher spezifischer Leistung, hohem Drehmoment schon bei niedrigen Drehzahlen und niedrigem Kraftstoffverbrauch, verlangen eine Weiterentwicklung des etablierten TDI-Brennverfahrens mit Pumpe-Düse-Einspritzung. Dazu sind die Hauptparameter des Brennverfahrens neu abzustimmen. In dieser Arbeit wird über die Optimierung der Brennraummulde und die dabei eingesetzten Methoden und Werkzeuge berichtet.

Der Einsatz der statistischen Versuchsplanung und Auswertung reduziert die Anzahl der Versuche und deckt Wechselwirkungen zwischen einzelnen Parametern auf. Ein Entfall der Ventiltaschen erhöht die Volllastmitteldrücke bei gleicher Rußemission im oberen Drehzahlbereich um ca. 3,5 %. Nach Durchlaufen mehrerer Optimierungs-Messreihen wurde mit einem geringfügig vergrößerten Muldendurchmesser bei erhöhtem Bodenkegel eine Anhebung des Volllastmitteldrucks von durchschnittlich 7 % im mittleren und oberen Drehzahlbereich und eine Absenkung der N0x-Emission in der Teillast von 15 bis 36 % bei jeweils gleichem Mitteldruck und spezifischen Kraftstoffverbrauch sowie gleicher Rußemission erreicht.

Dipl.-Ing.J.Hager, Dipl.-Ing.T.Gumpoldsberger, Dipl.-Ing.R.Reitbauer, Magna Steyr, Engineering Center Steyr GmbH; Dipl.-Ing.G.Mühlbach, Dipl.-Ing.(FH) T.Buchholz, Dipl.-Ing.(FH) W.Sorg, BorgWarner Cooling Systems GmbH, Markdorf: „Kraftstffeinsparungspotenzial beim LKW durch Optimierung der Motorkühlung“

Inwieweit sich durch die Optimierung der Motorkühlung Verbrauchssenkungen erzielen lassen, wird mit Hilfe von numerischer Simulation und Versuchen am Prüfstand untersucht. Während die Simulation eine rasche Beurteilung von Varianten hinsichtlich gesteigerter Effizienz erlaubt, dient die Messung am Prüfstand zum Nachweis der Verbrauchseinsparung am Fahrzeug. Am Prüfstand, der bei BorgWarner Cooling Systems GmbH zur Verfügung steht, wird das Zugfahrzeug aufgebaut und vermessen. Dabei können beliebige Fahrstrecken nachgefahren werden, die zuvor aufgenommen wurden. Da das Nachfahren eines Zyklus vollständig rechnergesteuert abläuft, ist die Wiederholgenauigkeit wesentlich besser als beim Befahren auf der Straße. Das für die numerische Simulation erstellte Modell umfasst Motor, Kühlsystem und wichtige Fahrzeugparameter. Bei der Modellierung des Motors wird besonderes Augenmerk auf das thermische Verhalten und den Verbrauch gelegt. Der Einsatz des Simulationsverfahrens wird Anhand eines Beispiels demonstriert und die Ergebnisse werden mit den Messungen am Prüfstand verglichen. Durch Absenken der Lüfter-Leerlaufdrehzahl und Verkürzen der Zu- und Abschaltzeit können Verbrauchsvorteile in der Größenordnung bis 1 % erwartet werden.

Dr.P.Nefischer, BMW Motoren GmbH; Dipl.-Ing.A.Ennemoser, AVL List GmbH; Prof.Dr.A.Wimmer, Prof.Dr.M.Pflügl, TU-Graz: „Rechnerische Bestimmung der Bauteiltemperaturen mit Hilfe verbesserter Modellierung des Wärmeüberganges in Zylinderköpfen“

Im Rahmen eines vom österreichischen Forschungsförderungsfonds unterstützten Projektes wurden die Ansätze zur Modellierung des gas- und kühlmittelseitigen Wärmeübergangs von Dieselmotorenzylinderköpfen untersucht. Mit Hilfe von Messungen an einem speziellen Strömungskanal konnte die Modellierung des Blasensiedens im Kühlmittel validiert und verbessert werden. Durch Beobachtung des unterkühlten Blasensiedens im Kühlmittelmantel eines Dieselmotors wurde die Übertragbarkeit der Siedemodelle vom Strömungskanal auf reale Motorengeometrien überprüft. Wärmestrommessungen am Motorenprüfstand konnten Aufschlüsse über die Wärmeübergänge im Brennraum liefern. 

Die Untersuchungen dienten vor allem der Validierung der von den Projektpartnern durchgeführten Berechnungen mit unterschiedlichen Softwareprogrammen und Modellierungstechniken. Dabei wurden neue automatische Netzgeneratoren sowie kombinierte Fluid-Struktur-Temperaturberechnungsmethoden eingesetzt. Als Ergebnis können Empfehlungen für einen verbesserten Ablauf bei der Bauteilauslegung gegeben werden.

7. Antrieb

Dipl.-Ing.Wolfgang Hall, Dipl.-Ing. (FH) Bernhard Rastinger, Dipl.-Ing.Günter Strauß, Dipl.-Ing.Thomas Heider, BMW AG München: „Die Funktionalität des neuen sequenziellen manuellen Getriebes von BMW für 325i und 330i“

Das automatisierte sequenzielle Schaltgetriebe, bekannt aus Formel 1 und M3, wird nun auch in einer modifizierten Auslegung für den Einsatz in 330i und 325i dem BMW Kunden angeboten. Die wesentliche Zielgruppe sind hierbei sehr sportlich orientierte Fahrer, die neben dem sportlich ausgerichteten neuen Bedienkonzept den Zugewinn an Fahrfreude und Fahrdynamik im Alltagsbetrieb zu schätzen wissen. Auf der Basis des bewährten 5-Gang Handschaltgetriebes wurde ein sehr kompakt bauendes sequenzielles Schaltgetriebe realisiert, das hinsichtlich der vorgegebenen Packagesituation in der 3er-Baureihe eine gewichtsoptimierte Lösung repräsentiert. Die hohen Qualitätsansprüche konnten konsequent umgesetzt werden, da bereits bei der Konzeptdefinition ein vorbefülltes und vorgeprüftes System entschieden wurde, das keinen zusätzlichen Montage- und Handlingsaufwand gegenüber dem konventionellen Handschaltgetriebe in den Fahrzeugwerken erfordert.

Dr.-Ing.J.Greiner, Dipl.-Ing.G.Indlekofer, Dr.-Ing.N.Rohleder, DaimlerChrysler AG, Stuttgart: „Antriebstrangoptimierung für hohe Agilität und Effizienz durch moderne Getriebeentwicklungen“

Das neue 5-Gang-Stufenautomatgetriebe W5A900 (interne Bezeichnung NAG-V) nimmt im internationalen vergleich mit einer Drehmomentkapazität von 900 Nm eine technologische Premiumposition ein. Als konsequente Weiterentwicklung und Evolution eines bestehenden und bewährten Getriebekonzepts bietet das Aggregat im Zusammenspiel mit dem neuen V12-Biturbo-Motor M285 souveräne Fahrleistungen bei angemessenem Kraftstoffverbrauch. Der Einsatz der Wandlerüberbrückungskupplung in allen Fahrgängen ist zudem eine Neuheit, die mit Hilfe neuer Steuerungsfunktionen und überarbeiteter Getriebehydraulik realisiert werden konnte. 

Die Entwicklung neuer „fuel economy“ Hinterachsgetriebe wird insbesondere unter dem Fokus der Kraftstoffeinsparung gesehen. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis erreicht hier annähernd ein Optimum. Reibungsoptimierte Lager, neue synthetische Öle sowie die Verbesserung der Schleppverluste im Getriebegehäuse führen zu einer signifikanten Wirkungsgraderhöhung, die sich direkt im Verbrauch des Fahrzeuges niederschlägt. 

Neue Getriebekonzepte im Schalt- und Automatikbereich lassen in den nächsten Jahren einen spannenden Wettbewerb der miteinander konkurrierenden Aggregate erwarten. Es ist abzusehen, dass sich bei den Stufenautomaten der Trend zu weit gespreizten 6-Gang-Aggregaten fortführen wird und nach Einführung in der Luxusklasse auch in den darunter liegenden Fahrzeugklassen Einzug halten wird. 

Die stufenlosen Getriebe (CVT) und möglicherweise auch die lastschaltbaren Doppelkupplungsgetriebe werden sich im Frontantriebsbereich zu einer ernst zu nehmenden Konkurrenz für die konventionellen Stufenautomaten entwickeln. Die automatisierten Schaltgetriebe als Alternative zu den Handschaltern bei sportlich positionierten Fahrzeugen werden weitere technologische Optimierungsschleifen bzgl. Füllung der Zugkraftunterbrechung beim Schalten erfahren müssen, um sich im Wettbewerb behaupten zu können.

Dipl.-Ing.H.-S.Braun, Dipl.-Ing.J.Liebl, Dipl.-Ing.R.Hofmann, Ing.Ch.Schausberger, BMW AG, München: „Der Hochleistungsantrieb für den BMW X5 4.6is“

Der BMW X5 4.6is ist die neue Topversion der erfolgreichen X5 Baureihe. Er verbindet die Geländetauglichkeit des X5 4.4i mit den Eigenschaften eines sehr sportlichen Straßen-Fahrzeuges.

Wichtigstes Merkmal des X5 4.6is ist der neue Hochleistungsmotor. Das Triebwerk ist eine Weiterentwicklung des bewährten V8-Aggregates des X5 4.4i. Der Hubraum wurde von 4.4 auf 4.6 Liter vergrößert. Kolben, Nockenwelle, Kurbelwelle, Ansaugtrakt und Abgasanlage wurden überarbeitet und verfeinert, die Motorsteuerung modifiziert.

Resultat all dieser Maßnahmen ist eine markante Steigerung der Leistung um 21 Prozent von 210/286 kW/PS auf 255/347 kW/PS. Das maximale Drehmoment stieg von 440 Nm auf 480 Nm. Das speziell abgestimmte 5-Gang-Automatik Getriebe mit Steptronic ermöglicht die optimale Nutzung des Leistungspotenziales in allen Drehzahlbereichen. Dazu wurde ein neues, kompromisslos sportliches Schaltprogramm entwickelt.

8. Akustik

Dr.M.Lewis, Siemens VDO Automotive, Auburn Hills, MI, USA: „Fahrzeug- und Motor-Akustik-Auslegung durch aktive Geräuschbeeinflussung“

Im Rahmen einer Studie wurden Typen von Motorgeräuschen identifiziert, die von Fahrern unter verschiedenen Fahrbedingungen als angenehm empfunden werden. Ein System zur aktiven Geräuschbeeinflussung am Ansauglufteinlass im Bereich des Luftfilters modifizierte den Klang des Motors bis zur 16,5 ten Motorordnung, und zwar durch Bedämpfung, Verstärkung und Filterung der Signalfrequenzen. Während der Fahrt wurden Videoaufnahmen der befahrenen Straßen, Stereoaufnahmen der Fahrzeuginnengeräusche und Aufnahmen der Vibrationsamplituden des Fahrzeugbodens erstellt; dies bei Tag- und Nachtfahrten und bei Tagfahrten im Regen. Zur Beurteilung der aufgezeichneten Geräusche durch Versuchspersonen wurde ein Fahrzeug-Laborsimulator mit Fahrersitz, Bildschirm, Lautsprecher und mechanischer Erregung der Bodenplatte aufgebaut, um die aufgenommenen Signale möglichst wirklichkeitsgetreu wiederzugeben.

Prof.Dr.-Ing.Ulrich Bernhard, Dipl.-Ing.Gerhard Herrmann, Dipl.-Ing.Gerd O.Schmidt, Adam Opel AG, Rüsselsheim: „Gestaltung des Powertrains für den Opel-Brand-Sound unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Positionierung der Fahrzeugpalette“

Im Zuge der Wandlung der westlichen Gesellschaften spielen Emotionen beim Kauf eines Automobils eine immer stärkere Rolle.

Zur Unterstützung klassischer Mittel wie dem Design werden heute weitere emotionalisierende Elemente zur Begeisterung der Kunden eingesetzt, unter anderem auch das Klangbild eines Fahrzeugs.

Dabei liegt die Aufgabe einerseits darin, der unterschiedlichen Erwartungshaltung in Abhängigkeit vom Fahrzustand des Fahrzeugs gerecht zu werden. Andererseits die Gestaltung des Klangbildes so durchzuführen, dass innerhalb des Portfolios sowohl verbindende Elemente als markentypisch zu finden sind, als auch der Marktpositionierung gerecht werdende Elemente der einzelnen Fahrzeugtypen zu generieren.

Dr.Martin Pflüger, Dr.Alfred Rust, Dipl.-Ing.Thomas Resch, AVL List GmbH, Graz: „Stand der Technik und Perspektiven in der rechnergestützten Motorakustik“

Die Simulation der motorinduzierten Geräuschabstrahlung gewinnt im Fahrzeugentwicklungsprozess in zunehmendem Maße an Bedeutung.  Während die versuchstechnische Entwicklungsarbeit auf langjährigen Erfahrungswerden aufbaut, so ist die Einbindung von Simulationsrechnungen in den Entwicklungsprozess erst teilweise umgesetzt. In dem vorliegenden Beitrag wird der Stand der Technik and der Schnittstelle zwischen Simulation und Versuch im Bereich der Motorakustik zusammengefasst. Es werden Methoden gegenübergestellt, die sich zum Teil bereits im Einsatz befinden oder kurz vor der Einbindung in den Entwicklungsprozess stehen. An Hand von praktischen Beispielen wird die momentane und zukünftige Rollenverteilung zwischen Simulation und Versuch diskutiert und es werden Möglichkeiten und Grenzen der neuen Technologien aufgezeigt.

9. Motorkonzepte

Dr. W. F. Piock, Dr. G. K. Fraidl, AVL-List GmbH: „Ottodirekteinspritzung ohne DeNOxKat?“

Die in Folge der Abgasnachbehandlung verringerte Kosteneffizienz der ersten Generation der Direkteinspritzung macht neben der Entwicklung einer zweiten Generation mit weiter verbesserten Emissions- und Verbrauchswerten (strahlgeführte Verbrennungssysteme) auch bislang weniger in Betracht gezogene homogene Alternativen interessant. Dabei spielt die Direkteinspritzung zur Erzielung optimaler Ergebnisse eine entscheidende Rolle.

Die Selbstzündung als mageres, weitgehend homogenes Teillastbrennverfahren führt zu stationären Einsparungspotentialen, die im Bereich der ersten Generation der Schichtkonzepte liegen, kommt jedoch durch abgesenkte HC und extrem niedrige NOx-Emissionen ohne eine kostenintensive magere Abgasnachbehandlung aus. Allerdings stellt die Beherrschung der dynamischen Anforderungen unter realistischen Serienrandbedingungen die größte Herausforderung eines solchen Verbrennungssystems dar und erfordert den Einsatz der Direkteinspritzung.

Eine zweite sehr interessante Alternative bildet Downsizing verbunden mit Abgasturboaufladung im homogenen Betrieb. Durch die Vorteile der Direkteinspritzung wie Erhöhung der Verdichtung, verbesserte Gemischbildung im aufgeladenen Betrieb, verbessertes  Spülverhalten  bei niederen Drehzahlen, usw.  lassen sich  äußerst attraktive Fahrleistungs- und Verbrauchswerte darstellen.

Dr.-Ing.  M.  Umierski,  Lehrstuhl  für  Verbrennungskraftmaschinen,  RWTH Aachen, Dipl.-Ing. H. Baumgarten, Dr.-Ing. J. Geiger, Dr.-Ing. P. Wolters, FEV Motorentechnik GmbH: „Neue Motorkonzepte für erdgasbetriebene Fahrzeugmotoren“

Im Zuge der Bemühungen zur Reduzierung verkehrsbedingter CO2-Emissionen gewinnt Erdgas als Alternativkraftstoff zunehmend an Bedeutung. Die bis heute bekannt gewordenen Motorkonzepte bauen auf der konventionellen Ottomotorentechnik auf. Lediglich für monovalente Antriebslösungen wird gegenüber dem Benzinbetrieb das Verdichtungsverhältnis deutlich erhöht, um thermodynamische Vorteile zu nutzen.

Der Beitrag behandelt darüber hinausgehende Motorkonzepte, welche die mit den Kraftstoffeigenschaften von Erdgas verbundenen Potenziale nutzbar machen. Hierzu zählen insbesondere die hohe Klopffestigkeit, welche diese Kraftstoffe für die Aufladung als speziell geeignet auszeichnet. Für bivalente Applikationen kommt der variablen Verdichtung eine besondere Bedeutung zu. Des Weiteren wird auf die Anwendung von Magerkonzepten eingegangen. Auf der Basis von Prüfstands- und Fahrzeugmessungen werden Abschätzungen hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Emissionsverhalten vorgenommen.

Dipl.-Ing. C. Friedrich, Dipl.-Ing. W. Krebs, Dr.-Ing. J. Quarg, Opel Powertrain GmbH, Dr.-Ing. P. Kapus, AVL-List GmbH: “Downsizing – ein geeigneter Ansatz zur Wirkungsgradsteigerung von Ottomotoren?”

Ein vielversprechendes Konzept zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs von hubraumreduzierten und aufgeladenen Ottomotoren ist ein hohes Verdichtungsverhältnis in Verbindung mit variablen Steuerzeiten. Das Konzept wurde an einem 1,0 l  - Opel Ecotec Compact Motor untersucht.

Durch spätes Schließen der Einlassventile wurde die Klopfneigung des Motors an der Volllast gesenkt. Trotz eines Verdichtungsverhältnisses von 10,5 konnte an der Volllast die für aufgeladene Motoren übliche Schwerpunktlage der Verbrennung erreicht werden. Der Motor erreicht einen maximalen effektiven Mitteldruck von 17 bar bereits ab 1500 1/min und eine Leistung von 66 kW.

In der Teillast konnten durch die variablen Steuerzeiten die Ladungswechselverluste reduziert und die Abgasrückführungsrate erhöht werden. Dadurch wurde der spezifische Verbrauch des hubraumgleichen Saugmotors erreicht. Im Vergleich zu einem Turbomotor mit festen Steuerzeiten ergab sich ein Kraftstoffverbrauchspotential von 6 Prozent. Die Rohemissionen in der Teillast liegen deutlich unter denen des Turbomotors mit festen Steuerzeiten und erreichen das Niveau des Saugmotors mit externer Abgasrückführung.

In einem Opel Astra sind damit im NEFZ CO2-Emissionen von 140 g/km darstellbar.

10. Ladungswechsel/Gemischbildung

Mit der Serieneinführung der variablen Ventilsteuerung „VarioCam Plus“ im Porsche 911 wurde ein Technologiesprung erreicht, der deutliche Verbesserungen mit Blick auf Leistung, Drehmoment, Verbrauch und Emissionen gleichzeitig zulässt. Die einfache und wirtschaftliche Umsetzung des Konzeptes eröffnet ein weites Feld für weitere Optimierungen. Über das schon erreichte hinaus ermöglichen zusätzliche Variabilitäten auch weitere Vollast- und Verbrauchsverbesserungen.

Eine weitere Technologieevolution des VarioCam Plus Motorkonzeptes könnte die Kombination mit homogener Benzindirekteinspritzung sein. Hiermit sind ebenfalls deutliche Volllastvorteile und auch Verbrauchsverbesserungen darstellbar. Bei geeigneter Auslegung dieser Technologiekombination addieren sich weitgehend die Vorteile der Einzeltechnologien. So werden Potenziale in der Gesamtheit von Volllast- und Verbrauchsverbesserungen erschlossen, die derzeit mit keiner anderen Einzeltechnologie erreicht werden können. Dadurch bleibt das gute Aufwand/Nutzen-Verhältnis des VarioCam Plus Motorkonzepts auch in der Technologiekombination mit homogener Benzindirekteinspritzung erhalten.

Mit der Umsetzung dieser verfügbaren Technologien wird der Ottomotor seine dominierende Stellung als Sportwagenantrieb unterstreichen.

Dipl.-Ing. M. Abele, Dr.-Ing. M. Lechner, MAHLE Ventiltriebsysteme GmbH: „Das MAHLE-Leichtbauventil“

Verbesserungspotenzial für moderne PKW-Motoren“: Die Entwicklung von leichteren statischen und bewegten Motorkomponenten ist ein zunehmend wichtiger werdendes Thema, um das Motorgewicht zu reduzieren und das Gesamtfahrzeuggewicht in Grenzen zu halten.

MAHLE Ventiltriebsysteme entwickelt hierzu mit dem vorgestellten Leichtbauventil (LBV) ein Bauteil, welches in modernen Mehrventilmotoren einen erheblichen Beitrag zur Verminderung der bewegten Massen bringen wird. Zusätzlich kann der Verschleiß von Sitzring und Ventiltsitz deutlich verringert werden. Gegenüber den rein werkstofflichen Ansätzen (z.B. Keramikventil) wird das MAHLE Leichtbauventil aus umgeformten Blechrohrteilen hergestellt und ist damit kostengünstiger als bekannte Leichtventile.

Dr. U. D. Grebe, R. Prüfer, Opel Powertrain GmbH, Dr. P. Hofmann, M. Fitl, D. Weissenberger, TU Wien: „Kanalabschaltung: Der intelligente Weg zur Verbrauchsreduzierung kleiner Ottomotoren“

Verbrauchsreduzierende Technologien sind nur wirksam, wenn sie auch von den Kunden gekauft werden. Insbesondere im Marktsegment der Kleinwagen werden vom Käufer nur die Technologien angenommen, die ein sinnvolles Kosten-Nutzen-Verhältnis aufweisen.

Die Kanalabschaltung stellt bei Vierventilmotoren eine einfache Möglichkeit dar, die Abgasrückführverträglichkeit zu erhöhen ohne die Volllast zu beeinträchtigen. Der Kraftstoffverbrauch von Kleinwagen im europäischen Testzyklus lässt sich durch diese Maßnahme um 3 bis 6 % verringern. Die bewährte Saugrohreinspritzung und die Dreiwege-Katalysatortechnologie kann beibehalten werden.

Bei Ottomotoren unter 1,6 l Hubraum werden etwa 80 % des Verbrauchsreduzierungspotenzials der mit Ladungsschichtung betriebenen Benzindirekteinspritzung erreicht, wobei weniger als 20 % der zusätzlichen Produktkosten anfallen.

Bei Fiat-GM Powertrain wird deshalb die Kanalabschaltung konsequent für die Weiterentwicklung der kleinen Ottomotoren angewandt.

11. Niedrigstemissionskonzepte

Mit dem  2,0 l – 2V-Motor  in der Abgasstufe Super-Ultra-Low-Emission (SULEV), gepaart mit ZeroEvap-Maßnahmen an Aggregat und Fahrzeug, wird dieses Konzept als erstes des Volkswagen-Konzerns zur Erfüllung der neuen ZEV-Gesetzgebung in den entsprechenden nordamerikanischen Staaten einsetzen. 

Um die dramatisch gestiegenen Anforderungen hinsichtlich  Dauerhaltbarkeit und Emissionssicherheit zu erfüllen, wurde das Rumpftriebwerk überarbeitet. Die Änderungen betrafen Brennraum, Kolben, Zylinderkopf und Ölkreislauf. Die Zylinderlaufbuchsen werden in einem neuen Verfahren fertig bearbeitet.

Neben der Rohemissionsoptimierung des Rumpftriebswerkes mussten auf der Abgasseite Änderungen vorgenommen werden. Ein neuer Katalysator mit 2 Monolithen sorgt in Verbindung mit ultraschneller Katalysatoraufheizung und 3-Sonden-Lambda-Kaskadenregelung für höchst effiziente Abgaskonvertierung. Um die Stabilität der Konvertierung über Laufzeit zu gewährleisten, wurde die Unterbodenlage des Konverters beibehalten.

Das neue Motormanagement mit deutlich gesteigerter Rechenleistung kontrolliert mit hoher Präzision vor allem die kritischen Kaltstart- und Instationärvorgänge, um das niedrige Emissionsniveau sicherzustellen. Ein großer Anteil der Rechenzeit wird dabei für die neuen und sehr umfangreichen Diagnoseumfänge eingesetzt.

Dr.-Ing. K. Müller, Dr.-Ing. H. Lüders, Dr.-Ing. M. Dürnholz, Robert Bosch GmbH, Stuttgart: „Das Zusammenspiel von Einspritzsystem und Abgasnachbehandlung als Schlüsselelemente für dieselmotorische Niedrigst-Emissionskonzepte“

Speziell bei schweren Fahrzeugen werden die Abgasgrenzwerte nach Stufe EURO IV ohne eine simultane Partikel- und NOx-Abgasnachbehandlung nach heutigem Kenntnisstand vermutlich nicht erfüllbar sein.

Der Ansatz eines unabhängigen „add-on“-Systems für die Abgasnachbehandlung ist zur Zeit noch bei Nutzfahrzeugen zielführend. Für alle anderen Anwendungen ist die Abgasnachbehandlung integraler Bestandteil der Brennverfahrens- und Motorkomponentenentwicklung zusammen mit der Applikation. Fraglich ist jedoch, ob die Abgasnachbehandlung für die Verfahrens- und Komponentenentwicklung sowie die Applikation künftig eine limitierende Größe darstellt oder ob sich neue Freiräume eröffnen.

Moderne Einspritzsysteme in Verbindung mit leistungsfähigen Motormanagementsystemen ermöglichen, bedarfsgerecht und zielgerichtet auf die speziellen Erfordernisse der Abgasnachbehandlungssysteme einzugehen. Es werden Möglichkeiten und Potenzial von Abgasreinigungsverfahren unter Einbezug des Einspritzsystems wie auch gegenseitige Limitierungen aufgezeigt. Dabei wird gezeigt, dass nur das optimierte Zusammenspiel von Einspritzsystem und Abgasnachbehandlung dieselmotorische Niedrigst-Emissionskonzepte liefert.  Zugeständnisse an die Leistungsfähigkeit der Einspritzsysteme und der Motorkomponenten können in diesem Zusammenhang nicht gemacht werden.

Dipl.-Ing. J. Liebl, Dipl.-Ing. R. Hofmann, Dipl.-Ing. Th. Melcher, BMW AG München: „Das BMW SULEV (PZEV) Konzept – Emissionsreduzierung ohne Kompromisse“

Neben Europa sind die USA für BMW der wichtigste Markt. Um hier langfristig den Erfolg zu sichern und noch weiter auszubauen, war es notwendig, ein SULEV (PZEV)-Modell zu entwickeln. Hervorragende Ausgangsbasis dafür war der derzeitige BMW Reihensechszylinder ULEV-Motor. Mit diversen konstruktiven und funktionalen Maßnahmen ist es gelungen, den 325iA als SULEV (PZEV)-Modell auszuführen. Es mussten dabei keine Kompromisse bei Fahrleistung, Verbrauch oder Komfort eingegangen werden. Die notwendigen Maßnahmen führten allerdings zu wesentlichen Erhöhungen bei den Herstellungskosten. Das Modell 325iA SULEV (PZEV) wird ab 09/02 auf dem US-Markt angeboten.

12. Abgasnachbehandlung 1

Toyota hat einen kompakten Dieselmotor mit DPNR (Diesel Partikel-NOx Reduktion System) entwickelt, einem neuartigen Abgasnachbehandlungssystem mit der Fähigkeit, gleichzeitig NOx und Partikel zu reduzieren. Das System basiert auf einem Common Rail (CR) Direkteinspritzmotor und beinhaltet eine Vielzahl neuer Technologien. Das System hat das Potential auch zukünftige niedrigere Abgasgrenzwerte einzuhalten.

Der Katalysator basiert auf einer keramischen, monolithischen Trägerstruktur, beschichtet mit katalytisch aktivem NOx-Speichermaterial. Die zweite Generation eines CR Einspritzsystems, und ein Abgasrückführsystem mit hoher Präzision und hohem Durchsatzvolumen werden genutzt, um die Effizienz des Abgasnachbehandlungssystems zu steigern und das volle Potential des Katalysators zu nutzen. Ein Einspritzventil im Auslasskanal dient der Lambdaregelung. Präzise Steuerung dieser neuen Systeme gewährleistet eine optimale Funktion des Katalysators in allen Fahrbedingungen mit dem Ziel der simultanen Reduktion von  NOx und Partikel.  Niedrigste Emissionen, weniger als die Hälfte der Euro 4 Grenzwerte, werden durch Anwendung eines Niedrigtemperatur-Brennverfahrens und Nacheinspritzung erreicht. Untersuchungen verschiedener Systeme für Abgasanreicherung legen den Einsatz eines Einspritzsystems im Auslasskanal nahe, insbesondere im Hinblick auf die NOx- Reduktionsrate sowie auf Einflüsse auf die Verbrennung.

Dipl.-Ing. W. Maus, Dipl.-Ing. R. Brück, Dipl.-Ing. F. W. Kaiser, Emitec GmbH, Lohmar: „Fortschrittliche PKW Dieselabgasnachbehandlung; Potential für niedrigste Emissionsgrenzwerte?“

Der für die europäischen Hersteller wichtige US-Markt für Dieselmotoren blieb bis heute noch wegen der dortigen, strengen Abgasgesetze verschlossen. In der EU gelten jedoch im Vergleich zu den Ottomotoren – bis einschließlich der EU IV Grenzwerte – geringere Emissionsanforderungen für PKW- Dieselfahrzeuge. Auch im Interesse des Exports der in der EU weit entwickelten Dieseltechnologie, wird zur Zeit im Rahmen der  „Enhanced Environmentally Friendly Vehicle“ (EEV) in Europa die Gleichbehandlung aller Motorenkonzepte diskutiert. Dabei ist es bedeutsam dem Diesel ausreichende Zeit zur Anpassung zu geben. Die Erhaltung der dieseltypischen Verbrauchs- und CO2-Emissionsvorteile wird für den Flottenverbrauch zunehmend wichtig. Es gilt demnach das Entwicklungspotential und den erforderlichen Zeitbedarf realistisch einzuschätzen.

Im Vortrag wurde darüber hinaus das Entwicklungspotential und die Möglichkeit zur Einhaltung der EEV bzw. der kalifornischen SULEV Grenzwerte abgeschätzt und das Innovationspotential diskutiert.

Dr. E. Jacob, Dr.-Ing. N. D’Alfonso, Dipl.-Ing. A. Döring, Dipl.-Ing. S. Reisch, Dipl.-Chem. D. Rothe, MAN Nutzfahrzeuge AG; Dipl.-Ing. R.Brück, Dr. P. Treiber, Emitec GmbH, Lohmar: „PM-KAT: Nichtblockierende Lösung zur Minderung von Dieselruß für EuroIV-Nutzfahrzeugmotoren“

Die Unterschreitung von EuroV-Grenzwerten gelang bereits 2000 mit be-optimiertem und PM-minimiertem Motor und filterlosem GD-KAT-System (VHRO-Typ mit Voroxidations-, Hydrolyse-, SCR- und Nachoxidations-Kat) durch simultane PM-Verminderung und NOx-Reduktion. An einem verbesserten GD-KAT-System mit Teilstrom-Hydrolyse-Kat wird eine 40 – 60 %ige Verminderung von Ruß mit einem LI2SA-Rußsensor detektiert. Durch zusätzliche Absenkung der motorischen Rußemission wird damit der EEV-Emissions-Bereich erreicht.

Ist lediglich die Unterschreitung der EuroIV-Grenzwerte gefordert, wird ein NOx-optimierter und PM-minimierter Versuchsmotor (3,0/3,3 g/kWh NOx; 0,03/0,06 g/kWh PM, ESC/ETC) mit einem PM-KAT-System gekoppelt. Hiermit werden PM-Werte von 0,011/0,030 g/kWh (ESC/ETC) erzielt. Messungen der Rußemission mit einem Photoakustiksensor zeigen Kohlenstoffreduktionen von ca. 70 % in ESC und ETC Tests.

Filterlose PM-KAT-Systeme bestehen aus Platinoxidationskatalysator und strukturierten Katalysatorträgern aus Metall mit offenen Kanälen zur Rußabscheidung und  -oxidation. Die signifikanten Vorteile des PM-KAT-Systems gegenüber Partikelfiltern sind durch deren offene Kanalstruktur bedingt und durch niedrigen Gegendruck, selektive Abscheidung von Ruß und Durchlässigkeit für Motorenölasche gekennzeichnet.

PM-KAT-Systeme in Verbindung mit PM-minimierten Motoren können Partikelfiler auf der Basis von Oberflächen- und Tiefenfiltration mit ihrer eingeschränkten Fahrzeugtauglichkeit ersetzen.

Gegenüber einem GD-KAT-System verbleibt beim PM-KAT-System wegen der innermotorischen NOx-Reduktion ein prinzipbedingter Kraftstoffmehrverbrauch, sodass die Entscheidung für das wirtschaftlichste EuroIV-Konzept auf der Basis der Einsatzart bzw. Jahreskilometerleistung des Fahrzeugs zu treffen ist.

13. Abgasnachbehandlung 2

Im Bereich der Stickoxidabgasnachbehandlung für Fahrzeugantriebe befinden sich zur Zeit zwei konkurrierende Verfahren in der Entwicklung. Beide Verfahren besitzen hinsichtlich der Stickoxidkonvertierung ein Potential von über 50 %. Im Bereich der Pkw Antriebe liegt der Entwicklungsschwerpunkt bei den NOx Speicherkatalysatoren, während für Nutzfahrzeugmotoren SCR Systeme aussichtsreicher erscheinen.

Bei leichten Nutzfahrzeugen für den Verteilerverkehr werden oftmals vom Pkw abgeleitete Motoren eingesetzt, die in dieser Fahrzeugklasse aber auch den Emissionsanforderungen der schweren Nutzfahrzeugmotoren genügen müssen. Da der Testzyklus beim Nutzfahrzeug sehr stark durch den volllastnahen Betriebsbereich dominiert wird, können die für den Pkw Anwendungsbereich entwickelten NOx Speicherkatalysatorsysteme nicht eingesetzt werden. Für diese Fahrzeugkategorie der leichten Nutzfahrzeuge gilt es daher die beim schweren Nutzfahrzeug entwickelten SCR Systeme zu übernehmen. Hierzu ist jedoch der Aufbau einer flächendeckenden Infrastruktur für das bei SCR Systemen erforderliche Reduktionsmittel, beispielsweise in Wasser gelöster Harnstoff erforderlich. Der Aufbau dieser Infrastruktur für das flüssige Reduktionsmittel in einem flächendeckenden Netz von Tankstellen erfordert jedoch erhebliche Investitionen. 

Hier ist der Einsatz eines festen Reduktionsmittels, dessen Volumen nur ca. 30 % des Volumens vom Harnstoff beträgt, in Form von auswechselbaren Kartuschen eine sinnvolle Alternative. Gleichzeitig kann dieses Feststoff SCR System auch den Anforderungen im Pkw Bereich genügen. Hierbei ist ein Austausch der Kartusche nach ca. 30.000 bis 50.000 km während eines Ölwechselservices vorzusehen.

Dipl.-Ing. Th. Cartus, Dipl.-Ing. R. Diewald, Dr. P. Herzog, Dipl.-Ing. Th. Strigl, Dr. R. Wanker, AVL List GmbH, Graz,: “Diesel Partikelfilter-Systemintegration – Von der 3D-Simulation zur Serie”

Der Marktanteil verbrauchsarmer PKW mit Dieselmotoren wird auch in Zukunft weiter wachsen, da die für das Jahr 2008 von der ACEA zugesagten CO2-Absenkung auf 140 g/km aus heutiger Sicht nur mit einem Dieselanteil von ca. 50 % an der Fahrzeugflotte darstellbar sein dürfte. Die Voraussetzung ist die Einhaltung strenger zukünftiger Emissionsgrenzwerte, die ohne Abgasnachbehandlung sicherlich nicht erreicht werden können. Die Herausforderung für den Dieselmotor liegt daher neben der kontinuierlichen Reduktion von Rohemissionen in der Entwicklung von serienreifen Abgasnachbehandlungssystemen.

Dieselpartikelfilter (DPF) werden heute als die bevorzugte Variante der Abgasreinigung gesehen, da ihr Einsatz einerseits eine Reduktion der Partikelemission in der Größe von 90 % erlaubt und andererseits die generelle Serieneignung mit der Markteinführung durch PSA bereits nachgewiesen wurde.

Der Vortrag erläuterte die für eine Integration eines DPF in ein Antriebssystem – mit der Zielsetzung der Serienproduktion – notwendigen Arbeitsschritte. Der beschriebene Prozess beinhaltet die Systemauslegung, Simulation, Entwicklung sowie Kalibrierung.

Dr. rer. nat. O. Bechmann, Dr. Ing. St. Carli, W. Engeler, Dr. rer. nat. T. Garbe, Dipl.-Chem. G. Lach, L.  Ryan (M.S.), Dr. rer. nat. K.-P. Schindler, Volkswagen AG, Wolfsburg: „Partikelemission und  -messung aus Sicht des Anwenders: heute und morgen“

Um die Partikelmessung diskutieren zu können, wird zuerst dargestellt, wie Partikel entstehen und welche Parameter zur Messung genutzt werden können. Weiterhin werden die Mindestanforderungen an die Partikelmesstechnik formuliert. Aus einer breiten Analyse von 22 Messverfahren zeigt sich, dass für die Messung der Masse nur die Gravimetrie direkt kalibrierbar ist. MassMo-, Li2SA-(EC), Streulicht- und QCM-Verfahren sind indirekt über die Gravimetrie oder Coulometrie kalibrierbar. Eine Kalibrierung zur Messung der Partikelanzahl oder –oberfläche ist zur Zeit nicht möglich. Außerdem stellen die Wiederholbarkeit und die Reproduzierbarkeit, also die Stabilität der Messtechnik, die für Zulassungsmessungen von entscheidender Bedeutung ist, große Hürden für die meisten Methoden dar. 

Somit hat der derzeitige Stand der neuen Messtechnik nur den Status der Gewinnung von qualitativen Aussagen zu Partikelanzahl und Größenverteilung erreicht, ist jedoch von der Möglichkeit der quantitativen absoluten Messung dieser Eigenschaften weit entfernt. Durch geeignete Wahl der Testbedingungen kann die Partikelanzahl praktisch beliebig manipuliert werden. Grundsätzlich sollte eine zukünftige Methode aber die Qualitätsanforderungen des derzeitigen Verfahrens zur Bewertung der Partikelemission erfüllen können. Deshalb liegt in der Weiterentwicklung der Gravimetrie das höchste Potential.

14. Aufladung

Der Anteil der aufgeladenen Motoren steigt von Jahr zu Jahr. Der Siegeszug der Turbomotoren ist hauptsächlich in den geringeren Emissionswerten begründet, die aufgrund derzeitiger und zukünftiger Abgasgesetzgebung eingehalten werden müssen, aber auch durch die deutlichen Verbrauchsvorteile. Der Fahrspaß bleibt durch die Entwicklung neuer Aufladekonzepte auch beim Downsizing erhalten. Die Entwicklung neuer Aufladesysteme wie 2-stufige Aufladung, eBooster® sowie variable Turbinen- und Verdichtergeometrie wird in dieser Arbeit vorgestellt. An diesen Aufladesystemen werden die von BorgWarner Turbosystems (BWTS) angewandten Simulationstechniken wie Motorprozessrechnung und Strömungsberechnung (CFD) erläutert und Motorversuchen gegenübergestellt. Auf dem Weg zum Systementwickler übernimmt der Turboladerhersteller neben der Aufladung weitere Aufgaben aus der Motorenentwicklung wie beispielsweise die Berechnung der Katalysatoranströmung, des Ladungswechsels und der Integration Abgassammler-Turbinengehäuse.

Dr.-Ing. M. Rechs,   Prof. Dr.-Ing. R. Menne,  Dr.-Ing. U. Tielkes,  Dipl.-Ing. B. Pingen, Ford-Werke AG, Köln: „Torque Boost“ – Drehmomenterhöhung und Verbrauchsreduzierung im realen Fahrbetrieb“

Das Potenzial von Downsizing-Konzepten wird insbesondere unter Anwendung von Hochaufladung zunehmend höher bewertet. Zur Ausschöpfung des Potenzials ist allerdings der Einsatz weiterer Technologien erforderlich. Hierzu zählen unter anderem ein variables Verdichtungsverhältnis, elektrisch unterstützte Turbolader und Kurbelwellen-Starter-Generatoren.

Eine andere Möglichkeit stellt die Anwendung der Aufladung zur deutlichen Steigerung des Mitteldrucks bei nur moderater Leistungssteigerung dar. Neben besseren Fahrleistungen kann ein solches Konzept insbesondere bei Anwendung der homogenen Benzindirekteinspritzung signifikante Verbrauchsvorteile ermöglichen. In der Teillast bleibt der spezifische Kraftstoffverbrauch aufgrund des hohen Verdichtungsverhältnisses nahezu unverändert. An der Volllast ergibt sich im Vergleich zu aufgeladenen Motoren mit Saugrohreinspritzung eine erhebliche Verbrauchsreduzierung durch die deutlich geringere Klopfneigung, die über einen weiteren Drehzahlbereich eine verbrauchsoptimale Einstellung des Zündzeitpunktes ermöglicht.

Die Besonderheit eines solchen Konzeptes ist, dass sich eine Verbrauchsreduzierung nicht nur im neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ), sondern auch unter realen Fahrbedingungen, einstellt. Selbst bei Autobahnfahrt ergibt sich im Vergleich zu einem leistungsgleichen Saugmotor ein deutlicher Vorteil.

M. Verschoor, Vice President, Worldwide Engineering and Technology, Dr. S. M. Shahed, Vice President Technology, Garrett Engine Boosting Systems, Torrance, CA, USA; Eng. P. Barthelet, Eng. J. Allen, Garrett Engine Boosting Systems Thaon-les-Vosges: “Der Einfluss  von elektrisch unterstützten Aufladesystemen auf Downsizing und Kraftstoffverbrauch“

Zum Vergleich der Leistungen von Motoren mit und ohne Turbolader sind die technischen Daten von Fahrzeugen mit Benzinmotor aus der Serienproduktion analysiert worden. Dabei wurde Datensätze von Fahrzeugen der Modelljahre 1992-93 und 2000-01 verwendet. Es wurde nachgewiesen, dass Motoren mit Turbolader bei einer Größenreduzierung um 50 % die gleiche Leistung erzeugen wie Motoren ohne Turbolader. Kleinere Motoren verbrauchen bis zu 10 % weniger Kraftstoff. Darüber hinaus lässt sich mit nur einem Basismotor ein umfangreiches Leistungsspektrum durch stufenweise Steigerung der Turboaufladung darstellen.

Eine ähnliche Analyse von Fahrzeugen mit Dieselmotoren zeigen, dass Dieselmotoren durch technische Verbesserungen das spezifische Drehmoment von Benzinmotoren übertreffen und dabei 50 % weniger Kraftstoff verbrauchen.

Weitere Verbrauchssenkungen und bessere Fahreigenschaften lassen sich durch den Einsatz von elektrisch unterstützten Aufladesystemen (Electric Boosting Systems – EBS) erzielen. Mit EBS kann die Luftaufladung und somit das Drehmoment der Motoren auf Abruf (on demand) erhöht werden, so dass eine weitere Verkleinerung der Motoren möglich wird. Es werden weiterhin Verbesserungen der Konstruktion elektrisch unterstützter Turbolader beschrieben.

15. Entwicklungsstrategien unter globaler Sicht

Bild 13:

  Bild14:

Diese Schlussplenarsitzung, Bild13, begann mit dem Vortrag von Prof. W. Bockelmann, Vorstand Technische Entwicklung, Volkswagen AG, Wolfsburg, Bild14: „Entwicklungsbeitrag einer Marke im globalen Konzern“: Vorrangig dienen markenbezogene Entwicklungsarbeiten der eigenen Markenidentität. Darüber hinaus stellen sie auch sinnvolle Ergänzungen im Konzern-Entwicklungsverbund dar, wenn die Ergebnisse untereinander ausgetauscht und Synergien gefunden werden. Auftragsentwicklungen der verschiedenen technischen Entwicklungszentren des Volkswagen-Konzerns nutzen die vorhandenen Kapazitäten und sorgen für einen sinnvollen Erfahrungsaustausch.

Dieses Vorgehen stärkt den gesamten Konzern, da viele kompetente und erfahrene Ingenieure an verschiedenen Standorten des Weltkonzerns mitdenken und zusammenarbeiten. Eine Vielzahl von Erkenntnissen aus unterschiedlichen Erfahrungssituationen und regionalen Besonderheiten werden in internen strategischen Sitzungen genutzt, um die Produktreife deutlich zu verbessern. Ein immer wieder spannender Prozess der vielschichtig diskutiert wird und zu einem ausgewogenen Ergebnis führt und dies nicht nur für den europäischen Markt.

Nur mit starken, unabhängigen in einem Entwicklungsverbund vernetzten Standorten lassen sich diese Entstehungsprozesse realisieren.

 Bild15:

Dr.-Ing.  Dr.-Ing. eh. H.-J. Schöpf,  Mitglied  des  Geschäftsfeldvorstandes Mercedes-Benz & smart, Entwicklung Mercedes-Benz PKW, DaimlerChrysler AG Stuttgart: „Vom smart bis Maybach – Antriebstechnologien für einen weltweiten Einsatz“

Der Vortragende, Bild 15,  legte dar, wie bei DaimlerChrysler im Hinblick auf die breite Mercedes-Benz-Produktpalette moderne Antriebstechnologien für einen weltweiten Einsatz so zu sagen „aus einer Hand“ entwickelt werden können, auch wenn die globalen Märkte zunehmend ganz unterschiedliche Anforderungen an die Produkte stellen:

DaimlerChrysler setzt weiterhin auf Basis intensiver und serienorientierter Technologieentwicklungen führende Trends in der Automobilindustrie und im direkten Wettbewerbsumfeld.

Die auf internationale Märkte ausgerichtete Wettbewerbsfähigkeit resultiert aus markt- und kundenorientierten Produkten, die mit schnellen Umsetzungsprozessen für innovative Technologien und unter stringentem Kosten- und Qualitätsmanagement dargestellt werden.

Die Marke „Mercedes-Benz“ symbolisiert durchgehend werthaltige Technologien und Produkte, bei gleichzeitig schonendem Umgang mit den Ressourcen der Welt.

Synergien des Konzernunternehmens sind Basis für die Ausrichtung auf lokale Marktbedürfnisse und die führende Position der Produkte in diesen Märkten und wesentlicher Bestandteil der globalen Unternehmensstrategie.

DaimlerChrysler-Technologiestrategien und die konsequente Verfolgung der dazu notwendigen Technologiepfade beinhalten evolutionäre wie auch revolutionäre Entwicklungen –  wie man an der  Ausprägung der Produkte vom Smart bis hin zum neuen Maybach deutlich erkennen kann.

 Bild16:

Dr. H. Demel, Presidente Volkswagen do Brasil S.A., Sao Paulo: „Fahrzeuge und Motoren für verschiedene Kontinente“, Bild 16

Heutzutage ist ein breites Angebot von Pkw und Motoren zu beobachten, deren technische Merkmale sich je nach Land oder Kontinent, in denen sie zum Einsatz kommen, stark unterscheiden.

Die Entwicklungsländer werden die Träger des Wachstums sein. Für das Jahr 2020 wird Volumengleichstand vorausgesagt.

Das bedeutet:

1. Wir müssen die 85 % der Weltbevölkerung, auf die nur 21 % des BIP entfällt, besser verstehen lernen;
    
2. Wir müssen die wohlhabenden Länder für kurze Zeit aus unserem Fokus nehmen, um uns auf die Länder zu konzentrieren, deren Pro-Kopf Jahreseinkommen im Durchschnitt ca. US$ 3.000,- beträgt oder sogar darunter liegt.

Die Fahrzeugdichte in diesen Ländern ist konsequenterweise gering. 

Die Einkommensverteilung der Bevölkerung zeigt aber, dass die Wohlhabendsten 20 – 40 % der Bevölkerung sehr wohl als potenzielle Neuwagenkunden in Frage kommen.

Die reichen Einwohner werden auch in China, Indien und Brasilien immer in der Lage sein, sich importierte Oberklasse-Fahrzeuge zu leisten. In China beispielsweise macht es durchaus Sinn, Audi A6, Passat, Bora in zum Teil landesspezifisch angepassten Langversionen lokal zu produzieren, weil einerseits die Importzölle für fertige Fahrzeuge sehr hoch sind und andererseits das an Privatkunden ausgelieferte Neuwagenvolumen noch ziemlich niedrig ist. Der VW-Konzern hat zusätzlich gerade den Polo in China neu eingeführt, um das moderne Produktangebot nach unten zu erweitern, produziert aber für niedrigere Einkommenssegmente und Flotten wie beispielsweise Taxis weiter zwei Santanamodelle in hohem Volumen.

Brasilien hat sich in den letzten Jahren - was den Automobilsektor betrifft – zum Kampfschauplatz Nr. 1 entwickelt. Die Automobilindustrie hat dort in den letzten 4 Jahren ca. 5 Milliarden Euro an Verlusten angesammelt.  Die Ursachen sind leicht zu erklären. Nach einem mehrjährigen zweistelligen Marktwachstum bis 1997 waren die Kapazitäten der 5 traditionell in Brasilien produzierenden Kraftfahrzeughersteller bestens ausgelastet, sodass diese entsprechende Kapazitäts- und Produktinvestitionen auslösten. Gleichzeitig fühlten sich die anderen Hersteller von dem ca. 5 Jahre kontinuierlichen Wachstum derart motiviert, dass 8 weitere Marken in Kapazitäten und Produkten zu investieren begannen.

Folge: Der Listenpreis des durchschnittlich in Brasilien verkauften Neufahrzeuges liegt bei 7.100,- US$; 75 % des Neufahrzeugvolumens wird unter 10.000,- US$ Listenpreis verkauft, was in etwa dem Preis des Polo Einstiegmodells in Deutschland entspricht.

Dies ist kein regionales Einzelschicksal! Der Markt und Preismix in Indien ist dem in Brasilien nicht unähnlich.

Kosten spielen also eine noch wesentlich größere Rolle als in den wohlhabenden Ländern!

Die Vorträge sind in den VDI-Fortschrittberichten, Reihe 12, Nr. 490, Band I und II, nebst Zusatzheften, enthalten. Diese Unterlagen sind beim ÖVK erhältlich.

Das 24. INTERNATIONALE WIENER MOTORENSYMPOSIUM findet vom 15. bis 16. Mai 2003 in der Wiener Hofburg statt, wozu schon heute herzlich eingeladen wird!

Wegen des zu erwartenden großen Andrangs wird eine rechtzeitige Anmeldung nach Programmveröffentlichung im Internet im Dezember 2002 empfohlen:

Österreichischer Verein für Kraftfahrzeugtechnik (ÖVK)

Internet: http://www.oevk.at

Email: info@oevk.at
 

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