Effizienter E-Fahrzeugantrieb mit dem kompakten CEA-Konzept Combustion Engine Assist

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1 Effizienter E-Fahrzeugantrieb mit dem kompakten CEA-Konzept Combustion Engine Assist

2 2cc Konsortium TU Darmstadt Dynamische Systemoptimierung und Drehschwingungsberuhigung am CEA-Konzept Prof. Dr. C. Beidl Dipl.-Ing. David Buch Weber Motor GmbH 2-Zyl. Motor Hersteller Dipl.-Ing. E. Wizgall 2cc Konsortium Robert Bosch GmbH Sensorik und Brennverfahrensentwicklung Prof. Dr. J. Hammer Dr. A. Kufferath Dr. D. Lejsek Dipl.-Ing. A. Eichhorn IVD Prof. Hohenberg GmbH CEA-Konzept Entwicklung Prof. Dr. G. Hohenberg Dipl.-Ing. C. Bacher 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

3 Gliederung CEA-Konzept Optimierung des 2-Zylindermotors Aktive Drehschwingungsberuhigung CEA am hochdynamischen Motorenprüfstand VVETB Zusammenfassung und Ausblick 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

4 Reichweite [km] Das Typischer Beste Reichweitenverlauf: aus beiden Welten! Elektro- vs. konventioneller Antrieb elektrisch Fahren Verbrennungsmotorische Unterstützung verbrennungsmotorische Reichweite (7 Liter) elektrische Reichweite (kwh) ohne Klimatisierung Reichweite bei 3kW Klimatisierung Geschwindigkeit [km/h] 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

5 Möglichkeiten der Elektrifizierung/Hybridisierung Mild Hybrid z.b. Honda Insight E-Motor VKM BEV z.b. Nissan Leaf, Mitsubishi i-miev Full Hybrid z.b. Toyota Prius EV + RE seriell z.b. A1 e-tron zwei E-Motoren ein E-Motor Batterie klein PHEV z.b. Toyota Prius PlugIn groß GM Volt Opel Ampera CEA-Konzept EV + RE parallel z.b. VW twin drive, Getrag Ford 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

6 Fahrzeugkonzepte z.b.: Audi, e-tron seriell z.b.: Toyota Prius PCU PCU PCU E-M PCU Gen E-M G Gen mech. Pfad z.b.: VW twin drive / Getrag Ford parallel z.b.: GM Volt / Opel Ampera PCU PCU PCU E-M PCU Gen E-M G Gen el. Pfad mech. Pfad 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

7 Das CEA-Konzept CEA-Basiskonzept PCU P max E-Motor n max = 6000 min -1 E-M ZMS VKM 0 v max PCU P max (6000) n max = min -1 E-M G CEA-Konzept mit 2-Gang Getriebe (DSG, Planetengetriebe) VKM VKM 0 v max 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

8 CEA - Proof of Concept 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

9 Velocity [km/h] Velocity [km/h] Reichweitenvergleich: E-Fahrzeug vs. CEA-Konzept Elektrischer Betrieb ECE - Bereich Reines Elektrofahrzeug: A-Segment Nutzbare Batteriekap.: 9kWh Elektrische Reichweite: 70km EUDC Zeit [s] Elektrischer Betrieb ECE - Bereich VKM - Betrieb CEA-Konzept: A-Segment Nutzbare Batteriekap.: 9kWh Kraftstofftank: 14l EUDC Elektrische Reichweite: 95km Gesamtreichweite: 350km Zeit [s] 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

10 Das Beste aus beiden Welten 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar 2012

11 Optimierung des 2-Zylinderottomotors seitens der Robert Bosch GmbH MPE 850 DOHC NA Bauart Hubraum 850 cm 3 2-Zylinder Reihen-Viertakt-Ottomotor mit Saugrohreinspritzung Drehmoment >65 Nm von 1500 min -1 bis 6000 min -1 Nennleistung 41 kw bei 6000 min -1 Verdichtung 12,8:1 Zündfolge 360 KW Hub x Bohrung 68 mm x 89 mm Vierventiltechnik, DOHC mit Ventilsteuerung Rollenkipphebeln und hydraulischem Ventilspielausgleich Motormanagement Bosch MED 17.9 Gewicht ca. 50 kg (trocken) 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

12 Optimierung des 2-Zylinderottomotors seitens der Robert Bosch GmbH 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

13 Optimierungsschwerpunkte Basis Optimierung Hoch-Tumble Auslegung AGR-Verträglichkeit, Brenndauer 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

14 Optimierungsschwerpunkte PFI Spraytargeting mit Injektorlage nah zu den Einlassventilen 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

15 effektiver Mitteldruck p me [bar] effektiver Mitteldruck p me [bar] Kennfelder des 2-Zylindermotors spezifischer 420 Verbrauch be [g/kwh] Drehzahl [min -1 ] mfb50% [ KW] Drehzahl [min -1 ] 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

16 Drehzahl [1/min] Wellenmoment [Nm] Drehschwingungen des 2-Zylindermotors N bei Theta_ges=0,16kgm² N bei Theta_ges=0,11kgm² N bei Theta_ges=0,084kgm² Wellenmoment 188,50 188,55 188,60 188,65 188,70 188,75 Zeit [s] Hinzuschalten des Verbrennungsmotors im CEA-Antriebsstrang NVH-Verhalten Kritischer Betrieb bei niederen Drehzahlen auf konventionellen Prüfständen 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

17 Regelungskonzept HOC zur aktiven Drehschwingungsberuhigung T_soll T_komp n-regler HOC n_soll T_soll_ges n_ac n_dc Inverter Kalman Filter I_u,v,w n_ist EM G 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

18 Drehzahl [1/min] Drehschwingungsberuhigung im unterkritischen Bereich Speed ripple PMSM against Dyno 2Hz 20Nm 800rpm Mit Kompensation Ohne Kompensation Zeit [s] 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

19 Moment [Nm] Drehzahl [1/min] Kompensationsmoment [Nm] Drehschwingungsberuhigung der 2. Harmonischen 0 Mit Kompensation Ohne Kompensation Mit Kompensation Ohne Kompensation Zeit [s] Zeit [s] Zeit [s] 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

20 CEA am Virtual Vehicle Engine/Hybrid Test Bed (VVETB) Echtzeitfähige Prüfstandsautomatisierung PUMA ARTE.Lab TM HCU = ~ M G + - alpha n VKM M soll VVETB 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

21 Drehzahl [1/min] Wellenmoment [Nm] ALPHA [%] Drehzahl [1/min] Wellenmoment [Nm] ALPHA [%] Dynamik des 2-Zylindermotors am VVETB ,0,2,4,6,8 11,0 11,2 11,4 11,6 11, Zeit [s] N ohne Dyno N mit Dyno Wellenmoment Alpha ,04 11,06 11,08 11, 11,12 11,14 11,16 11,18 11,20 11,22 Zeit [s] MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

22 2-Zylindermotor am VVETB < 40 g CO 2 /km nach NEDC-Simulation in früher Entwicklungsphase 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar

23 Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung: E-Fahrzeug mit CEA: Fokussierter Ansatz für optimierten Nutzen Kompakt moderate Batteriegröße 1 Elektromotor Drehschwingungsberuhigung (mechanisch hydraulisch elektrisch) < 40g CO 2 /km Hoher Wirkungsgrad auch im VKM- Betrieb Ausblick: Systemapplikation und Betriebsstrategieoptimierung mit neuester Entwicklungsmethodik 7. MTZ Fachtagung Der Antrieb von morgen 24. und 25. Januar