Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Im Rahmen des Gesamtvorhabens soll eine neuartige Technologie f\u00fcr den Pkw-Antriebsbereich konzipiert, konstruiert, gefertigt und erprobt werden, mit deren Hilfe durch eine Kombination von drosselfreier Laststeuerung und Zylinderabschaltung der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen von Ottomotoren ma\u00dfgebend reduziert werden.
\nProjektziel ist die Darstellung eines funktionsf\u00e4higen Versuchstr\u00e4gers, an dem die Potentiale bzgl. Verbrauch, Abgasemissionen, Drehmoment und Leistung, die Erf\u00fcllung von Komfortanforderungen sowie die generelle Realisierbarkeit bei konkurrenzf\u00e4higen Entwicklungs- und Herstellungskosten und niedrigem energetischen Produtionsaufwand der oben genannten Technologie demonstriert werden kann.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAufbauend auf einem von der Antragstellerin entwickelten und erprobten mechanischen variablen Ventiltrieb, mit dessen Hilfe der Ventilhub und die Einla\u00dfschlie\u00dfsteuerzeiten entsprechend der geforderten Ladungsmenge kontinuierlich variiert werden k\u00f6nnen, wurden in der ersten H\u00e4lfte des 24monatigen Projektes verschiedene Konzepte zur Ventil- und\/oder Zylinderabschaltung erstellt und ausgef\u00fchrt. Aus Untersuchungen auf dem Mechanik- und Str\u00f6mungspr\u00fcfstand hat sich eine Variante zur selektiven Zylinderabschaltung als zielf\u00fchrend erwiesen, die nach dem Formschlu\u00dfprinzip mittels einer Bolzen-Bohrung-Anordnung hydraulisch arbeitet. Sie wurde in der zweiten Projekth\u00e4lfte konstruktiv modifiziert und optimiert. Nach erfolgreichen Test- und Versuchsreihen auf dem Mechanikpr\u00fcfstand hinsichtlich Funktions- und Schaltsicherheit wurde ein Vollmotor ausger\u00fcstet und auf dem Thermodynamikpr\u00fcfstand in Betrieb genommen. Dort wurde die elektrische und hydraulische Steuerung zum Abschalten der einzelnen Zylinder weiter optimiert und die Zielvorgaben bez\u00fcglich Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen nachgewiesen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Mit der Vorgabe, die zur Gemischaufbereitung notwendige Str\u00f6mungsenergie durch Erh\u00f6hung von Drall oder Tumble speziell bei kleinen Ventilh\u00fcben zu steigern, sind Str\u00f6mungsuntersuchungen mit den Parametern Ventilabschaltung und Brennraumgestaltung durchgef\u00fchrt worden. Eine leichte Brennraummodifikation im ventilsitznahen Bereich der Einla\u00dfventile zeigt die gew\u00fcnschte Str\u00f6mungsbeeinflussung; eine aufwendige Einzelventilabschaltung ist somit nicht erforderlich.
\nAuf dem Aggregatepr\u00fcfstand wurde der Ventiltrieb hinsichtlich seiner mechanischen Funktion, Schaltsicherheit und -reproduzierbarkeit untersucht und optimiert. Dabei schaltet der von Meta einla\u00dfseitig entwickelte Mechanismus zur Ventilabschaltung beim Zu- und Abschalten innerhalb eines Zyklus. Die auf der Ausla\u00dfseite eingesetzten hydraulisch schaltbaren Schaltst\u00f6\u00dfel schalten zyklustreu zu, haben jedoch beim Abschalten je nach Drehzahl einen Schaltverzug von 3 (1000 min-1) bis 6 Zyklen (4000 min-1).
\nNach Optimierung von \u00dcberschneidung und Saugrohrunterdruck zeigt sich der Meta VVH ZA Motor auf dem Thermodynamikpr\u00fcfstand als gut abmagerungsf\u00e4hig und restgasvertr\u00e4glich. Dabei ist ein stabiler Leerlauf bei niedrigen Drehzahlen von bis zu 600 min-1 einstellbar.
\nDas Vollastdrehmoment l\u00e4\u00dft sich \u00fcber das gesamte Drehzahlband um 15-20% steigern. Selbst bei st\u00f6chiometrischem Betrieb liegt das Drehmoment um ca. 10-15% h\u00f6her als beim Basismotor im fetten Betrieb; damit ist gro\u00dfes Potential f\u00fcr downsizing vorhanden.
\nIm Leerlauf liegen die Verbrauchseinsparungen bei ca. 33% im 4-Zylinderbetrieb und bei ca. 44% im 2-Zylinderbetrieb. Im Lastpunkt 2000 min-1, 2 bar liegt die Kraftstoffersparnis bei etwa 11% (4 Zyl.) und 16% (2 Zyl.). Die auf Basis station\u00e4r ermittelter Verbrauchswerte durchgef\u00fchrten Testzyklusberechnungen ergeben folgende Verbrauchseinsparungen: MVEG Test ca. 9% (4 Zyl.) und 18% (2 Zyl.), ECE Test ca. 11% (4 Zyl.) und 25% (2 Zyl.) und FTP 75 Test ca. 8% (4 Zyl.) und 16% (2 Zyl.).
\nDie Abgaswerte liegen bei den NOx-Emissionen um bis zu 64% (4 Zyl.) bzw. um bis zu 50% (2 Zyl.) niedriger als beim Basismotor. Die HC-Emissionen liegen im 4-Zylinderbetrieb ungef\u00e4hr auf Serienniveau und im 2-Zylinderbetrieb um ca. 20% niedriger.
\nDer Schaltvorgang ist auf den Pr\u00fcfst\u00e4nden mit unterschiedlichen Strategien untersucht und optimiert worden. Die Komfortanforderungen an heutige Fahrzeugantriebe k\u00f6nnen als erf\u00fcllt betrachtet werden. F\u00fcr das Zu- und Abschalten sind die Voraussetzungen f\u00fcr einen ruckfreien, komfortablen Fahrbetrieb dargestellt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
—-<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse aus Pr\u00fcfstandsuntersuchungen und Testzyklenberechnungen zeigen, da\u00df die Kombination aus einer variablen Ventilsteuerung zur drosselfreien Laststeuerung und selektiver Zylinderabschaltung ein sehr hohes Potential an Kraftstoffeinsparung und Emissionssenkung aufweist. Dies ist ein wichtiger Beitrag zur Verbesserung der Umweltvertr\u00e4glichkeit von Kraftfahrzeugen und Schonung der nat\u00fcrlichen Ressourcen.
\nEine feinere Abstimmung bzw. Optimierung der motorischen Regelung bei Zylinderab- und zuschaltung in Hinblick auf Minimierung der Abgasemissionen sollte ein Schwerpunkt zuk\u00fcnftiger Entwicklungen sein. Im weiteren Verlauf der Untersuchungen ist es nunmehr vorgesehen, den Versuchsmotor in ein Fahrzeug einzubauen, um in Stra\u00dfen- und Rollentests die Pr\u00fcfstandsergebnisse zu unterstreichen und die Machbarkeit dieses Vorhabens zu belegen. Dabei mu\u00df insbesondere die Umsetzung der Schaltstrategien im realen, instation\u00e4ren Fahrbetrieb anhand weiterer Untersuchungen im Rahmen einer Fahrzeugapplikation durch Stra\u00dfen- und Rollentests erfolgen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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