Wenig Sprit und trotzdem viel Power Geht das bei Pkw-Motoren?

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1 Wenig Sprit und trotzdem viel Power Geht das bei Pkw-Motoren? Eltern auf dem Campus 13. Oktober 2012 Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner Labor für Verbrennungsmotoren HTWG Konstanz Hochschule Konstanz Labor für Verbrennungsmotoren

2 Abgrenzung des Themas und Inhalt des Vortrags Es geht nicht um die Frage, ob Pkws sinnvoll sind. Es geht nicht um die Frage, ob der öffentliche Personennahverkehr mehr gefördert werden sollte. Es geht nicht um das große Thema der Elektromobilität. Es geht nur um die Frage, ob ein Pkw- Verbrennungsmotor sparsam und gleichzeitig leistungsstark sein kann. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 2

3 Abgrenzung des Themas und Inhalt des Vortrags Es geht nicht um die Frage, ob Pkws sinnvoll sind. Es geht nicht um die Frage, ob der öffentliche Personennahverkehr mehr gefördert werden sollte. Es geht nicht um das große Thema der Elektromobilität. Es geht nur um die Frage, ob ein Pkw- Verbrennungsmotor sparsam und gleichzeitig leistungsstark sein kann. Inhalt des Vortrags: Wie misst man den Kraftstoffverbrauch? Wie sieht ein sparsamer Pkw aus? Welche Methoden gibt es, um trotzdem viel Leistung zu haben? Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 3

4 Gliederung Einleitung Fahrzyklus, Motorkennfeld und Wirkungsgrad Typischer sparsamer Pkw Methoden, um viel Leistung bei trotzdem geringem Verbrauch zu erreichen - Abschalten, was nicht benötigt wird - Betriebspunktabhängige Variabilitäten - Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung - Downsizing: kleiner Motor mit Aufladung - Betriebspunktverlagerung durch Ventilabschaltung - Hybridtechnik Zusammenfassung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 4

5 Beispiel Opel Astra GTC (Modelljahr 2009) Motor Turbo 2.0 Turbo Leistung in kw v max in km/h Beschleunigung bis auf 100 km/h in s V S in l/(100 km): Stadt V S in l/(100 km): Land V S in l/(100 km): gesamt CO 2 -Emission in g/km 13,6 11,6 10,1 8,2 6,4 8,0 8,7 9,7 10,3 13,0 5,0 5,2 5,6 6,2 7,0 6,1 6,5 7,1 7,7 9, Quelle: Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 5

6 Beispiel Opel Astra GTC (Modelljahr 2009) Motor Turbo 2.0 Turbo Leistung in kw v max in km/h Beschleunigung bis auf 100 km/h in s V S in l/(100 km): Stadt V S in l/(100 km): Land V S in l/(100 km): gesamt CO 2 -Emission in g/km 13,6 11,6 10,1 8,2 6,4 8,0 8,7 9,7 10,3 13,0 5,0 5,2 5,6 6,2 7,0 6,1 6,5 7,1 7,7 9, Je stärker der Motor ist, umso höher ist der Verbrauch. Quelle: Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 6

7 Beispiel Opel Astra GTC (Modelljahr 2012) Motor Turbo 1.4 Turbo 1.6 Turbo 2.0 Turbo Leistung in kw v max in km/h Beschleunigung bis auf 100 km/h in s V S in l/(100 km): Stadt V S in l/(100 km): Land V S in l/(100 km): gesamt CO 2 -Emission in g/km 14,5 10,9 9,8 8,3 6,0 7,8 8,1 8,1 9,3 10,8 5,2 5,0 5,0 5,9 6,5 6,2 6,2 6,2 7,2 8, Quelle: Je stärker der Motor ist, umso höher ist der Verbrauch. Im Modelljahr 2012 sind aber bessere Verbräuche bei mehr Leistung möglich. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 7

8 v in km/h Der neue europäische Fahrzyklus (NEFZ) mal Stadtzyklus Überland-Zyklus Zeit in s Dauer: 1180 s Strecke: 10,9 km mittlere Geschwindigkeit: 33,3 km/h maximale Geschwindigkeit: 120 km/h Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 8

9 P motor in kw v in km/h Leistungsbedarf des Astra GTC beim neuen europäischen Fahrzyklus (NEFZ) Zeit in s Zeit in s Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 9

10 M Motor in Nm Motorkennfeld des Astra GTC 1.4 im 5. Gang 150 Leerlaufdrehzahl max. Drehzahl Momentenbedarf auf ebener Strecke im 5. Gang v in km/h Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 10

11 M Motor in Nm Motorkennfeld des Astra GTC 1.4 im 5. Gang 150 Leerlaufdrehzahl 8 % Steigung Bergfahrt bei 80 km/h max. Drehzahl Momentenbedarf auf ebener Strecke im 5. Gang v in km/h Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 11

12 M Motor in Nm Motorkennfeld des Astra GTC 1.4 im 5. Gang 150 Leerlaufdrehzahl 8 % Steigung Bergfahrt bei 80 km/h Volllastlinie max. Drehzahl Momentenbedarf auf ebener Strecke im 5. Gang v in km/h Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 12

13 M Motor in Nm Motorkennfeld des Astra GTC 1.4 im 5. Gang Beschleunigung von 50 km/h auf 80 km/h 150 Leerlaufdrehzahl 8 % Steigung Bergfahrt bei 80 km/h Volllastlinie max. Drehzahl Momentenbedarf auf ebener Strecke im 5. Gang v in km/h Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 13

14 M Motor in Nm NEFZ im Motorkennfeld des Astra GTC Astra GTC 2.0 Turbo Astra GTC n in 1/min Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 14

15 M Motor in Nm NEFZ im Motorkennfeld des Astra GTC Astra GTC 2.0 Turbo Astra GTC n in 1/min Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 15

16 M Motor in Nm NEFZ im Motorkennfeld des Astra GTC Astra GTC 2.0 Turbo optimaler Wirkungsgrad von ca. 37 % 50 0 Astra GTC schlechtester Wirkungsgrad von 0 % n in 1/min Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 16

17 Zwischenergebnis Der max. Leistungsbedarf für den NEFZ ist relativ gering. Das führt dazu, dass der Motor beim NEFZ nur im Teillastbereich betrieben wird und nie bei Volllast. Je stärker der Verbrennungsmotor ist, umso mehr wird er beim NEFZ im leistungsschwachen Bereich betrieben. Ein Verbrennungsmotor erreicht seinen besten Wirkungsgrad (ca. 37 % bei Ottomotoren und ca. 42 % bei Dieselmotoren) bei einer mittleren Drehzahl und nahezu Volllast. Dieser Bereich wird im NEFZ aber nie durchfahren. Je schwächer der Motor ist, umso mehr muss er sich beim NEFZ anstrengen und umso eher wird der Motor bei einem guten Wirkungsgrad betrieben. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 17

18 Zwischenergebnis Der max. Leistungsbedarf für den NEFZ ist relativ gering. Das führt dazu, dass der Motor beim NEFZ nur im Teillastbereich betrieben wird und nie bei Volllast. Je stärker der Verbrennungsmotor ist, umso mehr wird er beim NEFZ im leistungsschwachen Bereich betrieben. Ein Verbrennungsmotor erreicht seinen besten Wirkungsgrad (ca. 37 % bei Ottomotoren und ca. 42 % bei Dieselmotoren) bei einer mittleren Drehzahl und nahezu Volllast. Dieser Bereich wird im NEFZ aber nie durchfahren. Je schwächer der Motor ist, umso mehr muss er sich beim NEFZ anstrengen und umso eher wird der Motor bei einem guten Wirkungsgrad betrieben. Deswegen gilt die Grundregel, dass der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges umso schlechter wird, je stärker der Verbrennungsmotor ist. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 18

19 Gliederung Einleitung Fahrzyklus, Motorkennfeld und Wirkungsgrad Typischer sparsamer Pkw Methoden, um viel Leistung bei trotzdem geringem Verbrauch zu erreichen - Abschalten, was nicht benötigt wird - Betriebspunktabhängige Variabilitäten - Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung - Downsizing: kleiner Motor mit Aufladung - Betriebspunktverlagerung durch Ventilabschaltung - Hybridtechnik Zusammenfassung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 19

20 Der typische sparsame Pkw: Smart fortwo Quelle: 3-Zylinder-Dieselmotor Hubvolumen: 799 cm 3 Motorleistung: 40 kw Kraftstoffverbrauch: 3,3 l/(100 km) Leergewicht: 845 kg Höchstgeschwindigkeit: 135 km/h Beschleunigung von 0 auf 100 km/h: 16,8 s Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 20

21 Der typische sparsame Pkw Der typische sparsame Pkw ist klein und leicht hat reibungsarme Reifen hat einen kleinen Luftwiderstandsbeiwert (c W ) und eine kleine Querschnittsfläche ist schwach motorisiert hat eine geringe Höchstgeschwindigkeit hat viele Gänge hat eine lange Getriebeabstimmung für kleine Motordrehzahlen hat relativ schlechte Beschleunigungswerte Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 21

22 Gliederung Einleitung Fahrzyklus, Motorkennfeld und Wirkungsgrad Typischer sparsamer Pkw Methoden, um viel Leistung bei trotzdem geringem Verbrauch zu erreichen - Abschalten, was nicht benötigt wird - Betriebspunktabhängige Variabilitäten - Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung - Downsizing: kleiner Motor mit Aufladung - Betriebspunktverlagerung durch Ventilabschaltung - Hybridtechnik Zusammenfassung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 22

23 Methoden, um viel Leistung bei trotzdem geringem Verbrauch zu erreichen Wenn man einen sparsamen Pkw trotzdem leistungsstark gestalten möchte, dann muss man viel Technik aufwenden, die im Allgemeinen teuer ist. Es gibt fast keine Technik, bei der der streckenbezogene Kraftstoffverbrauch bei einer Leistungserhöhung nicht ansteigt. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 23

24 Gliederung Einleitung Fahrzyklus, Motorkennfeld und Wirkungsgrad Typischer sparsamer Pkw Methoden, um viel Leistung bei trotzdem geringem Verbrauch zu erreichen - Abschalten, was nicht benötigt wird - Betriebspunktabhängige Variabilitäten - Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung - Downsizing: kleiner Motor mit Aufladung - Betriebspunktverlagerung durch Ventilabschaltung - Hybridtechnik Zusammenfassung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 24

25 Abschalten, was nicht benötigt wird Klimaanlage Stopp-Start-System (eventuell auch mit Direktstart beim direkteinspritzenden Ottomotor) Kühlwasserpumpe Spritzdüsen für die Kolbenkühlung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 25

26 Gliederung Einleitung Fahrzyklus, Motorkennfeld und Wirkungsgrad Typischer sparsamer Pkw Methoden, um viel Leistung bei trotzdem geringem Verbrauch zu erreichen - Abschalten, was nicht benötigt wird - Betriebspunktabhängige Variabilitäten - Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung - Downsizing: kleiner Motor mit Aufladung - Betriebspunktverlagerung durch Ventilabschaltung - Hybridtechnik Zusammenfassung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 26

27 Betriebspunktabhängige Variabilitäten Folgende Maßnahmen hat früher schon der Tuner durchgeführt: variabler Zündzeitpunkt (bei Ottomotoren) variabler Einspritzzeitpunkt (bei Dieselmotoren) variable Saugrohrlänge variable Ventilsteuerzeiten variabler Ventilhub Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 27

28 Betriebspunktabhängige Variabilitäten Folgende Maßnahmen hat früher schon der Tuner durchgeführt: variabler Zündzeitpunkt (bei Ottomotoren) variabler Einspritzzeitpunkt (bei Dieselmotoren) variable Saugrohrlänge variable Ventilsteuerzeiten variabler Ventilhub Weitere Maßnahmen: Mehrfachzündung hoher Einspritzdruck variable Abgasrückführrate Schaltvarianten der mehrstufigen Aufladung Einlasskanalabschaltung Drallklappen variabler Schmieröldruck variable Temperatur im Kühlwasser- und im Ölkreislauf Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 28

29 Variable Ansauganlage Schwingrohre Klappe (Sammler) Sammler Übersprechrohr Klappe (Übersprechrohr) Resonanzrohre Drosselklappe Quelle: MTZ 7/2006 Kleine Drehzahlen: Beide Klappen zu Mittlere Drehzahlen: Klappe im Übersprechrohr offen Große Drehzahlen: Beide Klappen offen Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 29

30 Variabler Ventilhub (Valvelift- System) beim V6- FSI-Motor von Audi Teillasthub: 2 mm und 5,7 mm Volllasthub: 11 mm Quelle: MTZ 9/2007 Sechs elektromagnetisch Aktoren pro Zylinderbank verschieben Nockenstücke, indem Pins kurzzeitig ausfahren und in die Umschaltnut eintauchen. Das bringt beim A6 im NEFZ eine Ersparnis von ca. 5 %. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 30

31 Gliederung Einleitung Fahrzyklus, Motorkennfeld und Wirkungsgrad Typischer sparsamer Pkw Methoden, um viel Leistung bei trotzdem geringem Verbrauch zu erreichen - Abschalten, was nicht benötigt wird - Betriebspunktabhängige Variabilitäten - Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung - Downsizing: kleiner Motor mit Aufladung - Betriebspunktverlagerung durch Ventilabschaltung - Hybridtechnik Zusammenfassung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 31

32 Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung Homogene Betriebsweise (Standard): Das Mischungsverhältnis von Kraftstoff und Luft im Zylinder ist stöchiometrisch. Das bedeutet: Bei Schwachlast (wenig Kraftstoff) muss man dem Ottomotor das Atmen mit einer Drosselklappe so erschweren, dass er auch nur wenig Luft ansaugt. Ergebnis: Die Drosselklappe verursacht einen deutlichen Mehrverbrauch von beispielsweise 25 %. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 32

33 Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung Homogene Betriebsweise (Standard): Das Mischungsverhältnis von Kraftstoff und Luft im Zylinder ist stöchiometrisch. Das bedeutet: Bei Schwachlast (wenig Kraftstoff) muss man dem Ottomotor das Atmen mit einer Drosselklappe so erschweren, dass er auch nur wenig Luft ansaugt. Ergebnis: Die Drosselklappe verursacht einen deutlichen Mehrverbrauch von beispielsweise 25 %. Moderne, strahlgeführte Benzindirekteinspritzung: Einspritzung des Kraftstoffes in unmittelbarer Nähe der Zündkerze während des Zündvorgangs. Das bedeutet: Der Kraftstoff verteilt sich nicht gleichmäßig im Brennraum. Die Zündkerze merkt nicht, dass überschüssige Luft noch irgendwo im Zylinder ist. Ergebnis: Man kann auf die Drosselklappe verzichten und den Wirkungsgrad des Motors deutlich erhöhen. Quelle: Technik profi 5/2006 Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 33

34 Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung beim V6- Motor von Mercedes (Baujahr 2010) Quelle: Technik profi 15/2010 HOS: Homogen-Schicht-Betrieb: Homogenes Gemisch mit Luftüberschuss in der Ansaugphase. Zusätzliche Einspritzung kurz vor der Zündung. Mehrfachzündung (bis zu vier Zündfunken innerhalb von einer Millisekunde) Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 34

35 Gliederung Einleitung Fahrzyklus, Motorkennfeld und Wirkungsgrad Typischer sparsamer Pkw Methoden, um viel Leistung bei trotzdem geringem Verbrauch zu erreichen - Abschalten, was nicht benötigt wird - Betriebspunktabhängige Variabilitäten - Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung - Downsizing: kleiner Motor mit Aufladung - Betriebspunktverlagerung durch Ventilabschaltung - Hybridtechnik Zusammenfassung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 35

36 Mechanische und Abgas- turbo- Aufladung Mechanische Aufladung Verbrennungsmotor Ladeluftkühler Verdichter P e Abgas Luft Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 36

37 Mechanische und Abgas- turbo- Aufladung Mechanische Aufladung Verbrennungsmotor Ladeluftkühler Verdichter P e Abgas Luft Abgasturboaufladung Ladeluftkühler Verbrennungsmotor Verdichter Luft P e Turbine Abgas Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 37

38 Mechanische und Abgas- turbo- Aufladung Mechanische Aufladung Verbrennungsmotor Ladeluftkühler Verdichter P e Abgas Luft Abgasturboaufladung Ladeluftkühler Grundregel: V-Motor und Aufladung passen nicht zusammen. Verbrennungsmotor P e Verdichter Turbine Luft Abgas Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 38

39 Zweistufige Abgas- turbo- Aufladung Quelle: Technik profi 29/2005 Der kleine Hochdruck-Turbolader kann beim Beschleunigen sehr schnell reagieren und sorgt so dafür, dass kein Turboloch bemerkbar ist. Für die Nennleistung des Motors ist der kleine Turbolader aber zu klein. Er wird dann durch Bypässe geschützt und ein großer Turbolader übernimmt die Arbeit. Im mittleren Lastbereich arbeiten beide Turbolader gemeinsam (zweistufige Aufladung). Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 39

40 Turbolader und Kompressor beim VW Golf GT 1,4 TSI Quelle: AMS 16/2010 Der kleine Kompressor kann beim Beschleunigen sehr schnell reagieren und sorgt so dafür, dass kein Turboloch bemerkbar ist. Für Nennleistung des Motors ist der Kompressor aber zu klein. Er wird dann durch einen Bypass geschützt und ein Turbolader übernimmt die Arbeit. Im mittleren Lastbereich arbeiten Kompressor und Turbolader gemeinsam (zweistufige Aufladung). Im Leerlauf des Motors steht so bereits ein Ladeüberdruck von 0,8 bar zur Verfügung. Der 1,4-l-Motor hat eine Leistung von 118 kw und ein maximales Drehmoment 240 Nm bei 1500/min (Golf TSI). Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 40

41 Gliederung Einleitung Fahrzyklus, Motorkennfeld und Wirkungsgrad Typischer sparsamer Pkw Methoden, um viel Leistung bei trotzdem geringem Verbrauch zu erreichen - Abschalten, was nicht benötigt wird - Betriebspunktabhängige Variabilitäten - Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung - Downsizing: kleiner Motor mit Aufladung - Betriebspunktverlagerung durch Ventilabschaltung - Hybridtechnik Zusammenfassung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 41

42 Zylinderabschaltung (ZAS) beim 1,4-l-TSI- Motor von VW Quelle: ATZ online Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 42

43 Zylinderabschaltung (ZAS) beim 1,4-l-TSI- Motor von VW Quelle: MTZ 03/2012 Zwei der vier Zylinder werden im Schwachlastbereich abgeschaltet. Dadurch ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades um bis zu 20 %. Für die nötige Laufruhe sorgen Massenausgleichswellen. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 43

44 Gliederung Einleitung Fahrzyklus, Motorkennfeld und Wirkungsgrad Typischer sparsamer Pkw Methoden, um viel Leistung bei trotzdem geringem Verbrauch zu erreichen - Abschalten, was nicht benötigt wird - Betriebspunktabhängige Variabilitäten - Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung - Downsizing: kleiner Motor mit Aufladung - Betriebspunktverlagerung durch Ventilabschaltung - Hybridtechnik Zusammenfassung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 44

45 Fünf Vorteile des Hybridsystems (V-Motor und E-Motor) Funktion Stopp- Start- Funktion Rekuperatives Bremsen Boost- Funktion Betriebspunktverschiebung Hochspannung an Bord Details Bei jedem Stopp wird der V-Motor ausgeschaltet. Der Pkw fährt rein elektrisch an. Der V-Motor wird erst danach zugeschaltet. Beim Bremsen lädt der E-Motor die Batterie auf. Beim Beschleunigen werden sowohl der V-Motor als auch der E-Motor verwendet. Der V-Motor wird immer im Bestpunkt betrieben. Die überschüssige Energie wird genutzt, um mit dem E- Motor die Batterie aufzuladen. Wenn die Batterie voll ist, dann wird der V-Motor ausgeschaltet und der Pkw fährt rein elektrisch. Bei heutigen Pkws ist die 12-V-Batterie das schwächste Bauteil. Hybridfahrzeuge haben Batterien mit ca. 500 V. Wenn Hochspannung an Bord ist, dann kann man elektrische Verbraucher vorsehen, die heute nicht möglich sind (z. B. elektr. Klimaanlage, elektr. beheizter Katalysator, ) Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 45

46 Fünf Vorteile des Hybridsystems (V-Motor und E-Motor) Funktion Stopp- Start- Funktion Rekuperatives Bremsen Boost- Funktion Betriebspunktverschiebung Hochspannung an Bord Details Bei jedem Mikro- Stopp wird der V-Motor ausgeschaltet. Der Pkw fährt Hybrid rein elektrisch an. Der V-Motor wird erst danach zugeschaltet. Mild- Hybrid Beim Bremsen lädt der E-Motor die Batterie auf. Voll- Hybrid Beim Beschleunigen werden sowohl der V-Motor als auch der E-Motor verwendet. Der V-Motor wird immer im Bestpunkt betrieben. Die überschüssige Energie wird genutzt, um mit dem E- Motor die Batterie aufzuladen. Wenn die Batterie voll ist, dann wird der V-Motor ausgeschaltet und der Pkw fährt rein elektrisch. Bei heutigen Pkws ist die 12-V-Batterie das schwächste Bauteil. Hybridfahrzeuge haben Batterien mit ca. 500 V. Wenn Hochspannung an Bord ist, dann kann man elektrische Verbraucher vorsehen, die heute nicht möglich sind (z. B. elektr. Klimaanlage, elektr. beheizter Katalysator, ) Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 46

47 Hybrid- Varianten Leistung des V- Motors Leistung des E- Motors Batteriegröße Plug-in- Fähigkeit Beispiel Bemerkung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 47

48 Hybrid- Varianten Leistung des V- Motors Leistung des E- Motors Batteriegröße Plug-in- Fähigkeit Beispiel Bemerkung groß klein klein nein Mercedes S400 Hybrid kann elektrisch nicht schnell und nicht weit fahren Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 48

49 Hybrid- Varianten Leistung des V- Motors Leistung des E- Motors Batteriegröße Plug-in- Fähigkeit groß klein klein nein Beispiel Mercedes S400 Hybrid groß groß klein nein Prius 3 Bemerkung kann elektrisch nicht schnell und nicht weit fahren kann nur wenige Kilometer elektrisch fahren Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 49

50 Hybrid- Varianten Leistung des V- Motors Leistung des E- Motors Batteriegröße Plug-in- Fähigkeit groß klein klein nein Beispiel Mercedes S400 Hybrid groß groß klein nein Prius 3 groß groß mittel ja Prius 3 Plug-in Bemerkung kann elektrisch nicht schnell und nicht weit fahren kann nur wenige Kilometer elektrisch fahren kann mittellange Strecken elektrisch fahren Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 50

51 Hybrid- Varianten Leistung des V- Motors Leistung des E- Motors Batteriegröße Plug-in- Fähigkeit groß klein klein nein Beispiel Mercedes S400 Hybrid groß groß klein nein Prius 3 groß groß mittel ja klein groß groß ja Prius 3 Plug-in Audi A1 e-tron mit Wankelmotor als Range- Extender Bemerkung kann elektrisch nicht schnell und nicht weit fahren kann nur wenige Kilometer elektrisch fahren kann mittellange Strecken elektrisch fahren kann dauerhaft nur mittelschnell fahren; Höchstgeschwindigkeit nur kurzzeitig Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 51

52 Hybrid- Varianten Leistung des V- Motors Leistung des E- Motors Batteriegröße Plug-in- Fähigkeit groß klein klein nein Beispiel Mercedes S400 Hybrid groß groß klein nein Prius 3 groß groß mittel ja klein groß groß ja Prius 3 Plug-in Audi A1 e-tron mit Wankelmotor als Range- Extender Bemerkung kann elektrisch nicht schnell und nicht weit fahren kann nur wenige Kilometer elektrisch fahren kann mittellange Strecken elektrisch fahren kann dauerhaft nur mittelschnell fahren; Höchstgeschwindigkeit nur kurzzeitig Je größer die Batterie ist, umso teurer ist das Fahrzeug. Durch die Plug-in-Fähigkeit kann man preiswerten Netzstrom nutzen. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 52

53 Gliederung Einleitung Fahrzyklus, Motorkennfeld und Wirkungsgrad Typischer sparsamer Pkw Methoden, um viel Leistung bei trotzdem geringem Verbrauch zu erreichen - Abschalten, was nicht benötigt wird - Betriebspunktabhängige Variabilitäten - Benzindirekteinspritzung mit Ladungsschichtung - Downsizing: kleiner Motor mit Aufladung - Betriebspunktverlagerung durch Ventilabschaltung - Hybridtechnik Zusammenfassung Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 53

54 Zusammen fassung Prinzipiell gilt, dass man mit einem leistungsschwachen Motor am besten sparsam fahren kann. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 54

55 Zusammen fassung Prinzipiell gilt, dass man mit einem leistungsschwachen Motor am besten sparsam fahren kann. Wenn der Motor trotzdem leistungsstark sein soll, dann kann man Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 55

56 Zusammen fassung Prinzipiell gilt, dass man mit einem leistungsschwachen Motor am besten sparsam fahren kann. Wenn der Motor trotzdem leistungsstark sein soll, dann kann man o überflüssige Verbraucher im Kennfeld abschalten Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 56

57 Zusammen fassung Prinzipiell gilt, dass man mit einem leistungsschwachen Motor am besten sparsam fahren kann. Wenn der Motor trotzdem leistungsstark sein soll, dann kann man o o überflüssige Verbraucher im Kennfeld abschalten den Motor durch vielfältige Variabilitäten an das Kennfeld anpassen Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 57

58 Zusammen fassung Prinzipiell gilt, dass man mit einem leistungsschwachen Motor am besten sparsam fahren kann. Wenn der Motor trotzdem leistungsstark sein soll, dann kann man o o o überflüssige Verbraucher im Kennfeld abschalten den Motor durch vielfältige Variabilitäten an das Kennfeld anpassen den Motor nur im Optimum betreiben und den Leistungsüberschuss zum Aufladen von Batterien verwenden, die dann im rein elektrischen Betrieb wieder zum Fahren genutzt werden. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 58

59 Zusammen fassung Prinzipiell gilt, dass man mit einem leistungsschwachen Motor am besten sparsam fahren kann. Wenn der Motor trotzdem leistungsstark sein soll, dann kann man o o o überflüssige Verbraucher im Kennfeld abschalten den Motor durch vielfältige Variabilitäten an das Kennfeld anpassen den Motor nur im Optimum betreiben und den Leistungsüberschuss zum Aufladen von Batterien verwenden, die dann im rein elektrischen Betrieb wieder zum Fahren genutzt werden. Alle derartigen Maßnahmen sind teuer und lohnen sich finanziell vor allem dann, wenn der Kraftstoff noch viel teurer wird. Klaus Schreiner Wenig Sprit und trotzdem viel Power: Geht das bei Pkw-Motoren? Bild 59