CO 2 -Reduktion durch Wärmespeicherung im Motorraum Vortragstagung SSM. Thomas Bürgin, September 2012

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1 Vortragstagung SSM Thomas Bürgin, September 2012

2 Inhaltsverzeichnis 1. Warum Motorkapselung? 2. CO 2 Reduktion (Messwerte) 3. Durchführungsverordnung EU Nr. 725/2011 der Europäischen Kommission 4. Motorkapsel-Konzepte 5. Abkühlungsverhalten 6. CO 2 Reduktion nach EU Kommission 7. Kapselgewicht CO 2 -Sanktionen 8. Weitere Vorteile der Motorkapselung 9. Motorkapselung in Serienproduktion 10. Zusammenfassung

3 CO 2 -Reduktion Allgemeines: Autoneum (bis 12. Mai 2011 als Division Automotive Systems Teil der Rieter Holding) ist ein weltweit agierender Anbieter in den Bereichen Akustik- und Wärmemanagement für Motorfahrzeuge. CO 2 -Reduktion: Gewichtsreduktion - Ultra Light Aerodynamik - Unterbodenverkleidungen Wärmespeicherung - Motorkapselungen 3

4 Warum Motorkapselung? Sanktionen für Fahrzeughersteller resp. Importeure (CH) bei Nichteinhaltung der CO 2 Zielvorgabe: EU CH erstes Gramm: 5 EUR 7.50 CHF zweites Gramm: 15 EUR CHF drittes Gramm: 25 EUR CHF jedes weitere Gramm: 95 EUR CHF Ab 2019: EU CH Jedes Gramm: CHF Zielvorgabe wird Schrittweise eingeführt: EU CH EU CH % 65% % 75% % 80% % 100% Finanzieller Anreiz für Fahrzeughersteller (Fahrzeughersteller sind bereit pro Gramm CO 2 Einsparung rund EUR zu bezahlen (Annahme Autoneum)) 4

5 Warum Motorkapselung? Geschwindigkeit [km/h] NEFZ-Zyklus C-Segment Dieselfahrzeug Umgebungstemperatur: -7 C Anfangstemp. Motor.: -7 C Umgebungstemperatur: -7 C Anfangstemp. Motor.: 31 C CO2 [g/km] Temperatur [ C] CO 2 -Ausstoss während ECE 1: -29% Totale CO 2 -Reduktion: -13% ECE 1 ECE 2 ECE 3 ECE 4 EUDC CO 2 -Ausstoss Motoröltemperatur CO 2 -Ausstoss Motoröltemperatur 0 5

6 CO 2 Reduktion (Messwerte) Umrechnung in [%/K] 6

7 Wärmespeicherung im Motorraum Motorkapselung Kaltstart Nachheizphase (Motor ausgeschaltet) Wärmeleitung Konvektion Strahlung Kühler Aggregate Motor Getriebe Idee: Wärmespeicherung im Antriebsstrang mittels Motorkapselung Problem: Mit dem Standard-Messverfahren (NEFZ) kann die CO 2 -Reduktion nicht erfasst werden. (Anfangstemperatur wird vorgeschrieben) 7

8 Durchführungsverordnung EU Nr. 725/2011 der Europäischen Kommission Auch andere Technologien zur Verminderung des CO 2 -Ausstosses kämpfen mit dem Problem, dass das Messverfahren des NEFZ nicht alle Aspekte zur CO 2 - Reduktion berücksichtigen kann. Die Europäische Kommission hat das Problem erkannt und erlaubt eine CO 2 - Reduktion mittels Ökoinnovationen. Folgende Kriterien müssen erfüllt sein: 1. Die Öko-Innovation muss zu einer messbaren Verbesserung des CO 2 - Ausstosses führen. die CO 2 -Einsparung muss mindestens 1g CO 2 / km betragen. 2. Insgesamt dürfen maximal 7g CO 2 / km mittels Öko-Innovationen gutgeschrieben werden. 3. Bei der Öko-Innovation muss es sich um eine Innovation handeln. D.h. die Technologie darf höchstens in 3% der auf dem Markt befindlichen Fahrzeuge eingebaut sein (Referenzjahr 2009). 8

9 Durchführungsverordnung EU Nr. 725/2011 der Europäischen Kommission Gemessen wird bei 14 C (Durchschnittliche europäische Umgebungstemperatur) CO 2 -Reduktionsfaktor: 9

10 Durchführungsverordnung EU Nr. 725/2011 der Europäischen Kommission Statistische Parkzeitverteilung: Berechnung der CO 2 -Einsparung in Abhängigkeit der Abkühlzeit 10

11 Motorkapsel-Konzepte Fahrzeugmontiert Isolations- und Dichtungsmaterial wird an der Karosserie montiert. Vorteile: Zusätzliche Funktionen (Kühlluftkanäle) können einfach integriert werden, gut montierbar, bestehende Materialtechnologien können eingesetzt werden Herausforderungen: grosse Flächen müssen isoliert werden, Konzept muss im oberen Bereich luftdicht abgeschlossen werden, oft nicht genügend Bauraum vorhandenen Kühler Aggregate Motor Getriebe Motormontiert Isolationsmaterial wird direkt am Motor montiert. Vorteile : Isolation direkt an der Wärmequelle, weniger Material erforderlich, wenig Bauraum benötigt Herausforderungen : Montage, hohe Materialanforderungen (Vibrationen), Servicearbeiten, thermische Betriebssicherheit 11

12 Motorkapsel-Konzepte Fahrzeugmontiert Bauteile müssen thermisch miteinander verbunden werden 12

13 Motorkapsel-Konzepte Fahrzeugmontiert Rie-BAY-Abdeckung Einlagig Zweilagig X XX Der akustische Haubenabsorber, die Dichtung sowie die Motorabdeckung werden nicht mehr gebraucht Gewichtsreduktion 13

14 Motorkapsel-Konzepte Motormontiert 14

15 Abkühlungsverhalten Fahrzeugmontiert Motormontiert Fahrzeugmontiert + motormontiert B-Segment (Benzin) D-Segment (Diesel) F-Segment (Diesel) B-Segment (Benzin) J-Segment (Benzin) B-Segment (Benzin) T 15

16 CO 2 Reduktion nach EU Kommission Fahrzeugmontiert Motormontiert Fahrzeugmontiert + motormontiert B-Segment (Benzin) D-Segment (Diesel) F-Segment (Diesel) B-Segment (Benzin) J-Segment (Benzin) B-Segment (Benzin) Maximalwerte Mittelwerte nach EU Kommission B-Segment (Benzin) 3.18% 1.70% D-Segment (Diesel) 2.11% 0.84% F-Segment (Diesel) 1.78% 0.71% B-Segment (Benzin) 2.86% 1.76% J-Segment (Benzin) 1.48% 0.83% B-Segment (Benzin) 3.52% 2.04% 16

17 Kapselgewicht CO 2 -Sanktionen Motorkapselungskonzept Gewichtserhöhung Fahrzeugmontiert Motormontiert Standard Mit Rie-BAY-Abdeckung 4 5kg 2 3kg 3 5kg Beispiel: Fahrzeug: D-segment Kapselgewicht: 6kg (worst case) CO 2 Erhöhung (NEFZ): +0.3% Neuer CO 2 -Sollwert aufgrund Gewichtserhöhung : +0.2% CO 2 -Erhöhung relativ zu CO 2 -Sollwert: +0.1% EU CH 17

18 Weitere Vorteile der Motorkapselung CO- und HC-Reduktion Katalysator erreicht Betriebstemperatur schneller Verbesserung der Fahrzeugakustik bis zu 5dB Aussengeräuschreduktion Verminderung des Motorverschleisses Reduktion der innermotorischen Reibung dank besserer Schmierung zu Beginn des Neustarts Höherer Komfort im Winter Schnelleres Aufheizen des Fahrzeuginnenraums Aufgrund gespeicherter Wärme 18

19 BMW Mini Motorkapselung in Serienproduktion Altes Design Motorkapselung Oktober

20 BMW Mini Motorkapselung in Serienproduktion Altes Design Motorkapselung Oktober

21 Zusammenfassung % CO 2 -Reduktion (Mittelwerte nach EU Kommission) Resultate sind stark abhängig vom Originalzustand des Fahrzeugs 2 5kg Erhöhung des Fahrzeuggewichts durch Motorkapsel Abhängig von Kapselvariante CO- und HC-Reduktion Betriebstemperatur des Katalysators wird schneller erreicht Verbesserung der Fahrzeugakustik Aussengeräuschreduktion sowie Verbesserung der Innenraumakustik Verringerung des Motorverschleisses Reduktion der innermotorischen Reibung Höherer Komfort im Winter Schnelleres Aufheizen des Fahrzeuginnenraums 21

22 Vielen Dank Thomas Bürgin Leiter des thermischen Versuchsteams Autoneum Management AG, Schlosstalstrasse 43, Postfach CH Winterthur T thomas.buergin@autoneum.com 22