Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Im Rahmen des Gesamtvorhabens soll ein neues System f\u00fcr den Pkw-Antrieb 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. Die Potenziale sollen in einem serienm\u00e4\u00dfigen Fahrzeug dargestellt werden.
\nProjektziel ist die Darstellung eines voll funktionsf\u00e4higen Fahrzeugs, an dem die Potenziale bzgl. Verbrauch, Abgasemissionen, Drehmoment und Leistung, die Erf\u00fcllung von Komfortanforderungen sowie die generelle Realisierbarkeit bei konkurrenzf\u00e4higen Entwicklungs- und Herstellungskosten und niedri-gem energetischem Produktionsaufwand des oben genannten Systems demonstriert wird.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAufbauend auf einen von der Antragstellerin entwickelten und erprobten mechanischen variablen Ventiltrieb, mit dessen Hilfe der Ventilhub und die Einlassschlie\u00dfsteuerzeiten entsprechend der geforderten Ladungsmenge kontinuierlich variiert werden k\u00f6nnen, wurden im ersten Teil des 5-j\u00e4hrigen 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 Formschlussprinzip mittels einer Bolzen-Bohrungs-Anordnung hydraulisch arbeitet. Sie wurde im zweiten Projektteil konstruktiv modifiziert und optimiert. <\/p>\n
Nach umfangreichen Voruntersuchungen auf Aggregatpr\u00fcfst\u00e4nden, bei denen die Funktion und insbesondere der Schaltvorgang optimiert wurden, ist das System an den Zielmotor adaptiert und auf einem Motorenpr\u00fcfstand in Betrieb genommen worden. Dort wurde zun\u00e4chst die elektrische und hydraulische Steuerung zum Abschalten der einzelnen Zylinder und die Ansteuerung des variablen Ventiltriebs im station\u00e4ren Motorbetrieb und im Zusammenwirken mit der serienm\u00e4\u00dfigen Motorsteuerung entwickelt. Gleichzeitig wurden die relevanten Konstruktions- und Betriebsparameter zur Darstellung der Zielgr\u00f6\u00dfen Verbrauch, Abgasemissionen, Drehmoment und Leistung optimiert. <\/p>\n
In der letzten Projektphase wurde ein zweiter Motor unter fahrzeugspezifischen Randbedingungen und weiteren Optimierungen aufgebaut und in ein handels\u00fcbliches Fahrzeug implementiert. Nach Basisbedatung, Fahrzeugkalibrierung und Optimierung der Abstimmungen konnten die Zielvorgaben bez\u00fcglich Fahrbarkeit, Komfort und Kraftstoffverbrauch auf dem Rollenpr\u00fcfstand dargestellt werden.<\/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 gezielte Brennraummodifikation im ventilsitznahen Bereich der Einlassventile zeigt die gew\u00fcnschte Str\u00f6mungsbeeinflussung.
\nDer Ventiltrieb wurde hinsichtlich seiner mechanischen Funktion, Schaltsicherheit und -reproduzierbarkeit untersucht und optimiert. Dabei schaltet der von Meta entwickelte Mechanismus zur Ventilabschaltung der Einlassventile beim Zu- und Abschalten bei Drehzahlen von bis zu 4500 min-1 innerhalb eines Zyklus. Die auf der Auslassseite eingesetzten hydraulisch schaltbaren Schaltst\u00f6\u00dfel schalten zyklustreu zu, haben jedoch je nach Drehzahl einen Schaltverzug von 3 (1.000 min-1) bis 6 Zyklen (4.000 min-1).
\nDer Schaltvorgang ist auf den Pr\u00fcfst\u00e4nden im Hinblick auf Optimierung der Zielgr\u00f6\u00dfen Lastanpassung, Schaltsicherheit, Zeitverhalten und Abgasemissionen mit unterschiedlichen Strategien untersucht und abgestimmt worden.
\nNach Optimierung von Ventilerhebungskurven, Ventil\u00fcberschneidung (Steuerzeiten) und Saugrohrunterdruck zeigt sich der Meta VVH ZA Motor 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\u00e4sst sich \u00fcber das gesamte Drehzahlband um 15-20% steigern, im st\u00f6chiometrischen Betrieb liegt das Drehmoment um 10-15% h\u00f6her als beim Basismotor mit l=0,9. Neben downsizing bietet das Triebwerkskonzept deutliche Abgasvorteile im Vollastbereich (st\u00f6chiometrischer Betrieb).
\nIm Leerlauf liegen die Verbrauchseinsparungen bei 33% (4-Zyl.) bzw. 44% (2-Zyl.). Im Lastpunkt 2.000min-1\/2 bar liegt die Kraftstoffersparnis bei etwa 11% (4 Zyl.) und 21% (2 Zyl.). Die auf Basis station\u00e4r ermittelter Verbrauchswerte durchgef\u00fchrten Testzyklusberechnungen ergeben folgende Einsparun-gen: MVEG ca. 8% (ohne ZA) bzw. 16% (ZA), ECE ca. 11% bzw. 23% und EUDC ca. 5% bzw. 9%.
\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 Serienni-veau und im 2-Zylinderbetrieb um ca. 20% niedriger.
\nDer Aufbau eines Fahrzeugs mit einsatzspezifisch optimiertem VVH ZA Triebwerk belegte nach umfangreicher Applikationsarbeit und Detailoptimierung in der Kalibration s\u00e4mtlicher Motorsteuerungskennfelder die von Meta definierten Zielgr\u00f6\u00dfen bez\u00fcglich Haltbarkeit, Funktionalit\u00e4t, Fahrbarkeit, Komfort und Kraft-stoffverbrauch. Nach ca. 150 h Pr\u00fcfstand und \u00fcber 5.000 km im Fahrzeug zeigt sich das VVH ZA Trieb-werk ohne nennenswerten Verschlei\u00df. Fahrbarkeit und Komfort bewegen sich im Klassenniveau. Die ZA-Schaltvorg\u00e4nge sind selbst ohne zeitlich vorlaufende Eingriffe harmonisch. Akustische Auff\u00e4lligkeiten im 2-Zylinder Betrieb finden sich ausschlie\u00dflich bei kleinen Drehzahlen und hohen Lasten (ca. 1.100 – 1.300 min-1\/3 – 4 bar); dieser Bereich kann im realen Fahrbetrieb jedoch ohne gro\u00dfe Einbu\u00dfen im Verbrauchsvorteil ausgeblendet werden. Die Verbrauchseinsparungen, gemessen auf dem Rollenpr\u00fcf-stand, ergeben sich wie folgt: MVEG 12,9%, ECE 19,2% und EUDC 6,7%, sie belegen damit in vollster \u00dcbereinstimmung mit den Zielwerten die Potenziale des Meta VVH ZA Systems.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die entwickelte Technologie wurde in einem Versuchstr\u00e4ger (Mittelklassefahrzeug) erfolgreich umge-setzt. Die Technologie wird potentiellen Kunden (Fahrzeugherstellern) u. a. an Hand des Versuchstr\u00e4gers pr\u00e4sentiert. Nach j\u00fcngster Auskunft der Firma Meta haben sich diesbez\u00fcglich zwischenzeitlich erste Projekte mit Fahrzeugherstellern entwickelt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse aus Pr\u00fcfstandsuntersuchungen und Fahrzeugtests zeigen, dass die Kombination aus variabler Ventilsteuerung zur drosselfreien Laststeuerung und selektiver Zylinderabschaltung neben sehr hohem Potenzial an Kraftstoffeinsparung und Emissionssenkung eine \u00fcberzeugende Fahrbarkeit bei zufriedenstellendem Komfort aufweist. Funktionalit\u00e4t und Haltbarkeit der neuen, innovativen Technologie bewiesen sich in mehr als 400 Betriebsstunden. Unabh\u00e4ngig von Fahrzeuggr\u00f6\u00dfe und Motorisierung kann das Meta VVH ZA System einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Umweltvertr\u00e4glichkeit von Kraftfahrzeugen und Schonung der nat\u00fcrlichen Ressourcen leisten. Bei ungef\u00e4hr gleichem CO2-Aussto\u00df entstehen im Gegensatz zum direkteinspritzenden Dieselmotor keine Partikelemissionen. Gegen\u00fcber dem direkteinspritzenden Ottomotor hat das Meta VVH ZA System neben deutlichen Verbrauchsvorteilen von ca. 6% – mit weiteren Einsparpotentialen im Magerbetrieb von ca. 4 – 5% – die Vorteile der sofort einsetzbaren Technologie, der problemlosen Abgasnachbehandlung und der Unabh\u00e4ngigkeit von Kraftstoffqualit\u00e4ten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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