Maximale Effizienz und minimale Emissionen

26.04.2018 // Der Automobilentwickler IAV zeigt seine Vision vom intelligenten Antriebsstrang der Zukunft: Sie umfasst smarte Engineering-Lösungen ebenso wie neue Module und Aggregate, die in Kombination maximale Effizienz und minimale Emissionen erreichen. Auf dem 39. Wiener Motorensymposium (26. und 27. April 2018) präsentiert das Unternehmen ein modulares Antriebsstrangkonzept für künftige Fahrzeugflotten.

Die Bausteine dieser Antriebseinheit sind der völlig neu konzipierte Grundmotor, welcher sich durch seine Vorkammerzündung und ausgesprochene Langhubigkeit auszeichnet sowie ein hocheffizientes Dedicated Hybrid Transmission mit bis zu 190 kW elektrischer Leistung.

Ab 2020 gelten strengere CO2-Vorgaben. Bereits für 2025 ist eine weitere Absenkung um 15 Prozent, bis 2030 sogar um 30 Prozent in Diskussion. Das Spektrum der dann benötigten Antriebsarten wird breit bleiben, zusätzlich wollen die Hersteller weitere Fahrzeugderivate auf den Markt bringen. Um die Vielfalt der Antriebsstränge zu begrenzen, sind somit intelligente Lösungen gefragt: IAV stellt in Wien für solch einen Antriebsstrang einen Basismotor mit drei Zylindern und 1,1 Litern Hubraum vor, der durch mehrere Leistungsstufen für eine CO2-optimierte Flotte konzipiert ist: für kleinere Modelle als Saugmotor mit 72 kW Leistung, für größere Fahrzeuge als aufgeladene Versionen mit 90 oder 120 kW Leistung.

Zur Unterstützung moderner Brennverfahren ist er außerordentlich langhubig ausgelegt. Der Grundmotor ist verbrauchs- und kostenoptimiert, benötigt nur einen kleinen Bauraum und ist modular aufgebaut – zum Beispiel kann er um eine Ventilhubumschaltung, Ausgleichswellen oder elektrische Nebenaggregate ergänzt werden. Mit 3D-gedruckten Kolben sowie „Advanced Thermal Management“ werden Technologien demonstriert, die weitere Effizienzsteigerungen des Motors ermöglichen. Eine weitere Option für den Motor ist ein neues Modul für alle sekundären Luftsysteme, die die heute am Motor und im Fahrzeug verwendeten Einzelsysteme zusammenfasst und dadurch mit weniger Bauteilen auskommt.

Das dazu passende DHT-Planetengetriebe (Dedicated Hybrid Transmission) ist ebenfalls in Wien zu sehen. Es enthält lediglich zwei Planetenradsätze sowie vier Schaltelemente. Das Getriebe ist für ein kombiniertes Antriebsdrehmoment von maximal 750 Newtonmetern aus Verbrennungs- und Elektromotor ausgelegt. Mit einer maximalen Eingangsdrehzahl von 7.000 Umdrehungen kann der integrierte Elektromotor in einem weiten Betriebsbereich genutzt werden. Diese Variante erwies sich unter mehr als 475.000 Getrieben, die mit dem Tool „IAV Getriebesynthese“ berechnet wurden, als die beste und zeichnet sich durch optimale Effizienz sowie einen geringen Bauraumbedarf aus. Als E-Maschine kommt ein Permanentmagnet-Synchronmotor zum Einsatz, der je nach Ausführung Leistungen zwischen 25 und 190 Kilowatt sowie Drehmomente von 150 bis 500 Newtonmeter liefert. Durch seine hohe Integration in das Getriebe benötigt er wenig Bauraum, so dass der hybridisierte Antriebsstrang auch in kleine Fahrzeuge passt.

Vorkammerzündung: Schlüsseltechnologie für Ottomotoren

Im Antriebsstrang der Zukunft werden Verbrennungsmotoren ein wichtiger Bestandteil sein und deshalb muss ihr Wirkungsgrad weiter zunehmen. Die von IAV in Wien vorgestellte Vorkammerzündung ist eine Schlüsseltechnologie, mit der der Kraftstoffverbrauch von Ottomotoren schrittweise reduziert werden kann. Die Idee: Am Ort der Zündkerze im Zylinderkopf wird ein kleiner Raum mit einer gelochten Kappe vom Hauptbrennraum separiert. Ist die Vorkammerzündung passiv, gelangt das Gemisch während des Kompressionshubs durch diese Öffnungen in die Vorkammer und wird von der darin befindlichen Zündkerze entflammt. Bei einer aktiven Vorkammerzündung kommt eine separate Kraftstoffzumesseinrichtung hinzu, die stets für stöchiometrisches Gemisch in der Vorkammer sorgt, auch wenn der Hauptbrennraum mager betrieben wird.

In beiden Fällen verbessert sich der Wirkungsgrad des Motors: mit passiver Vorkammer und stöchiometrischem Gemisch wird der Vorteil der verringerten Klopfneigung durch Anheben der geometrischen Verdichtung von etwa zwei bis drei Einheiten genutzt. Mit aktiver Vorkammer kann der Motor homogen-mager und bei sehr niedrigen Stickoxid-Rohemissionen betrieben werden. Versuche am Einzylindermotor zeigen einen Vorteil von bis zu drei Prozent Kraftstoffverbrauch mit passiver und bis zu acht Prozent mit aktiver Vorkammer im WLTC. IAV zeigt in Wien ein seriennahes Exponat, zudem hält Marc Sens, Fachbereichsleiter Vorentwicklung Antriebsstrang Ottomotor bei IAV, einen Fachvortrag zum Thema „Vorkammerzündung als Schlüsseltechnologie für hocheffiziente Ottomotoren – neue Ansätze und Betriebsstrategien“.

„Es gibt keine einzelne Antriebstechnologie, die als Alleskönner für jeden Kunden geeignet ist“, sagt Matthias Kratzsch, Bereichsleiter Powertrain Development und interimsweise Geschäftsleiter Technik bei IAV. „Darum müssen wir je nach Mobilitätsanforderungen und Märkten den jeweils besten Antriebsstrang für spezifische Anforderungen finden. Wir haben den Anspruch, aus jedem Antriebsstrang das technologische Optimum herauszuholen: maximale Effizienz und minimale Emissionen. Dabei verstehen wir uns als Partner unserer Kunden, mit denen wir aus ganz unterschiedlichen Komponenten den besten Antrieb zusammenstellen.“

Blick ins Innenleben mit AR-Technik

Besucher am IAV-Stand können den Dreizylindermotor und die Vorkammerzündung nicht nur von außen betrachten. Mit einer AR-Applikation (Augmented Reality) ausgestattet, ist ein virtueller Blick ins Innenleben und die Abläufe möglich.