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Viele kleine Schritte zur CO2-Reduzierung - Teil 2

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Viele kleine Schritte zur CO2-Reduzierung - Teil 2

21.11.2014, 15:26 Uhr

Variabler Ventiltrieb

Im Ventiltrieb sind bei Ottomotoren heute schon variable Systeme, mit denen sich der Ladungswechsel kennfeldabhängig anpassen lässt, weit verbreitet. Doch auch in Dieselmotoren werden künftig variable Ventiltriebe in der Breite der Anwendungen eingesetzt.

Einer der ersten Vertreter ist der 1,6-l-Dieselmotor von Volkswagen aus dem modularen Querbaukasten, bei dem sich die Steuerzeiten der Einlassnockenwelle verändern lassen. Der Vorteil: Durch die Verstellung wird die Verdichtung angepasst und eine Luftbewegung im Brennraum erzeugt, die die Durchmischung von Luft und Kraftstoff fördert und so die Verbrennung optimiert.

Einspritzung

Aufseiten der Einspritzung führen beim Dieselmotor sehr genau arbeitende Magnet- oder Piezoinjektoren und hohe Einspritzdrücke von aktuell bis 2500 bar zu feiner Kraftstoffzerstäubung und guter Verbrennung. Den Einspritzdruck werden die Hersteller bei sehr schweren und leistungsstarken Dieselfahrzeugen voraussichtlich ab 2017 auf 2700 und nach 2020 auf 3000 bar steigern.

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Als Faustformel gilt in Fachkreisen, dass 500 bar mehr Einspritzdruck zu 2 bis 5 Prozent mehr Leistung, ein bis zwei Prozent weniger CO2-Ausstoß oder fünf Prozent weniger Sickstoff-Emissionen (NOx) bewirken.

Schichtladung

Während die meisten Hersteller die Direkteinspritzung beim Ottomotor für Brennverfahren mit homogener Gemischbildung einsetzen, die auf einer Gleichverteilung von Luft und Kraftstoff im gesamten Brennraum basieren, setzt Mercedes-Benz auf das Magerbrennverfahren mit Schichtladung.

Dabei wird nur an der Zündkerze ein zündfähiges Gemisch erzeugt. Mit steigender Entfernung von der Kerze im Brennraum nimmt die Kraftstoffkonzentration ab. Das erlaubt eine sehr magere Kraftstoffverbrennung und damit einen geringen Kraftstoffverbrauch.

Thermomanagement

Mithilfe von Thermomanagementmaßnahmen optimieren die Automobilhersteller den Wärmeenergiehaushalt des Antriebssystems. Dabei geht es insbesondere darum, den Motor und das Abgasnachbehandlungssystem auch bei winterlichen Temperaturen schnell auf Betriebstemperatur zu bringen und die Wärme des Motors effizient einzusetzen. Das spart Energie und bisweilen auch Kosten, beispielsweise wenn ein Katalysator einfacher ausgeführt werden kann, weil er durch optimierte Temperierung effektiver arbeitet.

Der nächste Schritt führt über eine noch bessere Vernetzung der einzelnen Systeme des Antriebs untereinander und mit den GPS-Daten aus dem Navigationssystem. Die Zukunftsvision der Forscher ist der sogenannte Connected Powertrain, der mit anderen Fahrzeugen und der Infrastruktur kommuniziert, um die Systeme des Antriebs exakt auf die Topografie der Fahrtstrecke und auf die Verkehrssituation abzustimmen. Beispielsweise könnte so die anstehende Regeneration des Partikelfilters energetisch sinnvoll vom Stop-and-Go-Betrieb in der Stadt auf eine Autobahnfahrt verlagert werden.

Fazit und Ausblick

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass sich die Entwickler immer mehr den technischen Grenzen nähern, sei es auf konstruktiver Ebene, bei den Werkstoffeigenschaften sowie der Regel- und Steuerbarkeit der Systeme oder in der Fertigung. Daraus folgen neue Aufgabenstellungen im gesamten Entwicklungsprozess, bis hin zu komplett neuen Zusammenarbeitsmodellen, beispielsweise bei der Vertaktung von Simulation und Test der Bauteile und Systeme.

Alle diese Entwicklungen machen eine Elektrifizierung des Antriebs übrigens nicht überflüssig. Spätestens mit der nächsten in Brüssel angedachten Stufe von 68 bis 78 Gramm CO2 pro Kilometer im Jahr 2025 kommt eigentlich kein Automobilhersteller mehr am elektrifizierten Antrieb vorbei: Diese Grenzwerte schaffen Fahrzeuge der vielzitierten Golf-Klasse oder größer nach aktuellem Stand der Technik nur mit einer Kombination aus Elektro- und hocheffizientem Verbrennungsmotor als Plug-in-Hybridantrieb.

www.springerprofessional.de/automobiltechnik/

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