WEITERENTWICKLUNG DES OTTOMOTORS

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Norbert Adler
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1 WEITERENTWICKLUNG DES OTTOMOTORS Prof. Dr. Uwe D. Grebe LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 1

2 Weiterentwicklung des Ottomotors Gliederung 1. Entwicklungsrandbedingungen 1.1 Gesetzliche Vorschriften 1.2 Anforderungen von der Kundenseite 2. Verbrauchsreduzierung 2.1 Thermodynamik (Benzindirekteinspritzung, variable Ventiltriebe, Ladungsverdünnung,...) 2.2 Reibungsreduzierung 2.3 Downsizing, Lastpunktverschiebung 3. Alternative Kraftstoffe 4. Volllastverbesserung 4.1 Luftaufwandsverbesserung bei freisaugenden Motoren 4.2 Aufladung 5. Reduzierung der Abgasemissionen 5.1 Motorinterne Maßnahmen 5.2 Abgasnachbehandlung 6. Verbesserte Architektur 6.1 Gewichtsreduzierung 6.2 Kostenreduzierung 6.3 Komfortverbesserung 7. Aktuelle Technologieeinführungen bei Ottomotoren 8. Entwicklungstendenzen für die Zukunft LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 2

3 Anforderungen an einen Motor Fahrdynamik Leistung, Drehmoment Kraftstoffverbrauch Alltagstauglichkeit Abgasemissionen Kosten Baugröße, Package Geräusch Laufruhe Gewicht LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 3

Konventionelle Antriebe Weiterentwicklungen Stufe 1

Ventiltriebe Benzindirekteinspritzung Aufladung

der Stufe 1 Dieselmotor Turboaufladung mit VTG

4 Konventionelle Antriebe Weiterentwicklungen Stufe 1 Stufe 2 Ottomotor Hoch-AGR laststeuernde Ventiltriebe Benzindirekteinspritzung Aufladung Zylinderabschaltung Kombinationen von Technologien der Stufe 1 Dieselmotor Turboaufladung mit VTG Einspritzdruck Emissionierung Einspritzdruck Antriebsstrang Autom. Schaltgetriebe CVT Getriebe Start-Stopp Hybridantrieb LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 4

5 Technologiekombinationen Ottomotoren Optionen für Weiterentwicklungen: kontinuierlich variabl. Ventilhub + Kanalabschaltung als intelligent einfache erste Stufe Turboaufladung (Downsizing) zweistufiger Ventilhub Nockenwellenversteller Quelle: Porsche AG LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 5

6 CO2 Reduzierung in % Ottomotortechnologien Technologien und Technologiekombinationen Referenz: C-seg. Fahrzeug mit 1.6 l Hubraum Saugrohreinspritzung mit AGR Kanalabs. D-CVCP + hoch AGR + hoch AGR Turboaufladung Thermomanagement BAS Start/ stop D-CVCP + Hubumschalter Zylinderabschaltung Mech. Var. VT SIDI hom BDE geschichtet BDE Turbo HCCI 2. Gen BDE geschichtet Zusatzkosten Var. Verdichtung + high boost LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 6

7 Nutzen Nutzen über Aufwand Genereller Zusammenhang Grenzwert DA DN Wie bei allen technischen Systemen ist der erzielbare Nutzen (z.b. Verbrauchsverbesserung) begrenzt Das Nutzen zu Aufwand Verhältnis wird schlechter je mehr man sich dem Grenzwert nähert Aufwand, Kosten LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 7

8 Fazit Technologieeinsatz Für Ottomotoren zeigt sich kein Königsweg für den Einsatz der Technologien Es werden sich in den einzelnen Anwendungen abhängig vom Leistungsgewicht des Fahrzeugs und den Kundenanforderungen unterschiedliche Technologien durchsetzen Kombinationen von Technologien sind sinnvoll und können auf modularer Basis erfolgen Dies ist ein klarer Vorteil für den Ottomotor, da die Technologien mit dem besten Kosten-Nutzenverhältnis ausgewählt werden können. LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 8

9 Fazit Verbrauchsreduzierungspotential Einzelne Thermodynamische Maßnahmen verbessern den Verbrauch um bis zu 10 % deren Kombinationen erreichen bis zu 15 % Reduzierung der parasitären Verluste erschließt zusätzlich Potentiale bis zu 5 % Der Ottomotor kann um weitere % im Verbrauch verbessert werden. Bezüglich der CO 2 Emission werden die Werte der heutigen direkteinspritzenden Dieselmotoren erreicht. LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 9

10 Fazit Volllastverhalten Technologien zur Volllastverbesserungen stehen zur Verfügung Insbesondere die Turboaufladung in Verbindung mit Direkteinspritzung ermöglicht sehr hohe effektive Mitteldrücke - effektive Mitteldrücke, die die Werte der besten heutigen Turbo-Diesel mit Direkteinspritzung überschreiten, sind möglich - dabei bleibt das deutlich breitere nutzbare Drehzahlband der Ottomotoren gegenüber dem Dieselmotor erhalten - damit wird der Ottomotor eine signifikante, weitere Verbesserung des Fahrspaß bewirken Die Lücke zum Dieselmotor ist nicht nur geschlossen sondern die Verhältnisse können umgekehrt werden LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 10

11 Fazit Emissionen Ottomotoren erfüllen heute schon sehr strenge Abgasbestimmungen - weitere Emissionsabsenkungen vor allem im Kaltstart sind durch innermotorische Maßnahmen möglich - die Weiterentwicklung der Abgasnachbehandlung verbessert das Emissionsverhalten weiter Ottomotoren haben von allen PKW-Motorisierungen das höchste Potential weiter verringerte Abgasgrenzwerte bei gleichzeitig günstigen Verbräuchen und attraktiven Herstellkosten zu erreichen LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 11

12 Marktanteil in der Zukunft Ottomotoren bleiben global betrachtet die dominierende Antriebsquelle von Personenkraftwagen Steigerung des Fahrspaßes kann durch Aufladung erreicht werden Die Politik hat über die Kraftstoffbesteuerung und die Abgasgesetzgebung entscheidende Stellhebel für die Aufteilung des Marktes auf Otto- und Dieselmotoren LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 12

13 Die Weiterentwicklung des Ottomotors ist in vollem Gange maßgebliche Verbesserungen der Eigenschaften sind möglich Der Ottomotor ist ein entscheidender Teil der Mobilität der Zukunft! LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 13

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit LVA , Sommersemester 2015, Kapitel 8, Folie 14

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