KEM Konstruktion Automobilkonstruktion 02.2019

ANTRIEB
VERBRENNUNGSMOTOREN
Ansatzpunkte zur Verbesserung reichen vom variablen Luftpfad über Thermomanagement bis zur Hybridisierung
Noch mehr Effizienz möglich
Elektrische Antriebe wie BEV, PHEV oder HEV sind in aller Munde. Doch viele Fachleute sind sich einig,
dass der Verbrennungsmotor noch lange nicht seine Daseinsberechtigung verloren hat. Dr.-Ing. Martin
Scheidt, Entwicklungsleiter Motorsysteme bei Schaeffler, erläutert in diesem Interview, wie der Verbrennungsmotor
zukünftig noch effektiver wird.
Interview: Jürgen Goroncy, freier Mitarbeiter der KEM Automobilkonstruktion, Besigheim
Bild: Schaeffler
Außerdem entlastet und unterstützt jegliche Hybridisierung den Verbrennungsmotor
und sorgt zusammen mit der Rekuperation der
Bremsenergie für einen besseren Gesamtwirkungsgrad des Systems.
KEM Konstruktion: Welche Produkte und Systeme von
Schaeffler erhöhen die Motoreneffizienz noch?
Das vollvariable Ventiltriebsystem Uni Air ermöglicht einen extremen
Miller-Zyklus. So kann Lambda 1 im gesamten Kennfeld realisiert werden
mit Leistungen von bis zu 100 kW pro Liter Hubraum und gutem Low-End-
Drehmoment
KEM Konstruktion: Welche Maßnahmen werden zukünftig
den Verbrennungsmotor noch weiter optimieren?
Martin Scheidt: Es gibt drei große Bereiche, die den Verbrennungsmotor
zukünftig effizienter machen. Das ist erstens der variable
Luftpfad – bestehend aus variabler Ventilsteuerung und optimierter
Aufladung. Das erlaubt über Miller-Steuerzeiten eine Anhebung der
Verdichtung, die Umsetzung von Lambda 1 im gesamten Kennfeld
und die Verringerung der Ladungswechselverluste. Daraus ergeben
sich Verbrauchsvorteile von drei oder vier Prozent im Zyklus, hinzu
kommt ein deutlicher Verbrauchsvorteil bei Volllast durch Entfall der
Anreicherung. Ein weiterer Schlüssel für die Effizienzsteigerung ist
das Thermomanagement für den gesamten Antriebsstrang. So
springen die Abgasreinigungssysteme schneller an und die Verlust -
reibung sinkt rasch. Inzwischen haben wir mehr als zehn Serienanläufe
mit unserem Thermomanagementsystem realisiert.
Scheidt: Die Nachfrage nach wälzgelagerten und gewichtsoptimierten
Ausgleichswellen, wo Schaeffler sowohl die kompletten Systeme
fertigt als auch Wälzlager liefert, steigt kontinuierlich, hauptsächlich
für größere Drei- sowie Vierzylindermotoren im Premiumbereich.
Außerdem werden die Turbolader zunehmend mit Wälzlagerung
ausgerüstet. Das verbessert das Ansprechverhalten, reduziert
die mechanischen Verluste im Lader und ermöglicht den Einsatz
niedrigviskoser Öle. Auch wird der elektrisch betriebene Nockenwellenversteller
sehr wichtig. Eine aktuelle Entwicklung unterstützt
mit diesem System die Hybridfunktion. Der Motor wird oft stillgelegt
und gestartet, dabei sollen keine störenden Vibrationen auftreten.
Da die Funktion des elektrischen Verstellers nicht von der Drehzahl
des Motors abhängig ist, dekomprimiert er bereits vor dem
Neustart den Motor und verhindert so die störenden Vibrationen.
KEM Konstruktion: Bisher haben Sie das elektro-hydraulische
vollvariable Ventiltriebsystem Uni Air nicht erwähnt. Wie ist hier
der Stand der Dinge?
Scheidt: Wir haben bisher mehr als drei Millionen Systeme an unterschiedliche
OEMs ausgeliefert. Das Interesse der Kunden ist zunehmend,
denn mittlerweile steht ein anderer Vorteil von Uni Air im
Fokus. Der Schwerpunkt liegt nicht mehr auf Reduzierung der Ladungswechselverluste,
sondern heute realisieren die Motorenbauer
mit Uni Air einen extremen Miller-Zyklus. So kann Lambda 1 im gesamten
Kennfeld realisiert werden mit Leistungen von bis zu 100 Kilowatt
pro Liter Hubraum und gutem Low-End-Drehmoment. Kurze
oder lange Steuerzeiten, extrem kurze Umschaltzeiten von einem
Hub zum nächsten durch blitzschnelles Umschalten (shot-to-shot)
des ‚digitalen‘ Systems sind möglich. Mit der Variabilität von Uni Air
kann man auf eine der zwei Nockenwellen und die Phasensteller
verzichten, ebenso entfällt die Notwendigkeit eines externen gekühlten
AGR-Systems. Somit können mit Blick auf EU7-Anforderungen
neutrale Kosten, fallweise sogar eine Reduzierung der Kosten
am Motor dargestellt werden. Demonstrationsfahrzeuge mit bisher
sehr guten Ergebnissen sind damit bereits in Kundenhand. Weitere
positive Entscheidungen erwarten wir noch in diesem Jahr.
70 K|E|M Konstruktion Automobilkonstruktion 02 2019