Trends in der Motorentechnologie 2007
Bericht
Agilität und Effizienz für Freude am Fahren
- Otto, Diesel und Hybrid im Mittelpunkt
- OEMs, Zulieferer und Institute berichten
- Umfassender Einblick in aktuelle Entwicklungen
- Über 300 Experten beim 5. Motoren-Symposium in Passau
Innovationstreiber in der Motorentechnologie ist der Kundenwunsch nach Agilität, Komfort und
Sicherheit, also Leistung und Drehmoment, sowie nach höchster Effizienz für geringen Verbrauch.
Zudem gilt es immer strengere Vorgaben hinsichtlich Emissionen zu erfüllen, wobei das CO2 besondere Aktualität besitzt.
Diese Kundenwünsche und Rahmenbedingungen führen zur kontinuierlichen Weiterentwicklung des gesamten Spektrums an Antriebstechnologien. Im Vordergrund stehen dabei die Verbrennungsmotoren Otto und Diesel sowie zunehmend die Hybridtechnologie in den verschiedensten Varianten.
Einen exzellenten Einblick in diese aktuellen Entwicklungen bot das 5.Symposium „Trends in der
Motorentechnologie“ mit Fachausstellung am 07.11.2007 in Passau. Aufgrund der stetig steigenden
Resonanz mit nun über 300 Teilnehmern fand dieser Kongress erstmals in der X-Point-Halle statt. Er wurde konzipiert und organisiert von der Bayern Innovativ GmbH im Rahmen von BAIKA und Cluster Automotive in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der Technischen Universität München.
Hochrangige Referenten von AUDI, BMW, Toyota, VW, Bosch, Boysen oder AVL List sowie der TU München und dem FKFS berichteten zu den Themenblöcken ‚Neue Motoren und Konzepte', ‚Systementwicklungen bei Otto- und Dieselmotoren’ und ‚Entwicklungsaspekte in der
Hybridtechnologie’.
In seinem Einführungsvortrag nahm Prof. Dr. Josef Nassauer, Bayern Innovativ GmbH, Bezug auf die jüngste Studie Automobil + Innovation. Danach wird die Weltproduktion von Kraftfahrzeugen von heute 65 Mill. auf 80 Mill. im Jahr 2015 ansteigen. Damit wird die Nachfrage nach Kraftstoff bzw. Energie weiter zunehmen. Weitere Erhöhung der Effizienz mit Reduzierung des Verbrauchs ist deshalb gefordert. Hinsichtlich CO2 knüpfte er an die Bayerische Auto-Klima-Initiative an. Der von Menschen verursachte Anteil am CO2-Ausstoß liegt bei rund 4%. An diesen anthropogenen CO2-Emissionen ist Deutschland mit 3% beteiligt, wovon wiederum ca. 12% auf den PkW -Verkehr entfallen.
Die Automobilindustrie wird weitere Anstrengungen unternehmen, Verbrauch und Emissionen von
Fahrzeugen zu reduzieren. Das Premiumsegment bildet dabei die Basis für den Markteintritt neuer
innovativer Technologien. Von hier aus gehen diese ins Volumensegment der Mittelklasse- und
Kleinwagen. Dies gilt auch für Effizienzsteigerungen im Motorenbereich. Grenzwerte für Emissionen sollten deshalb nicht als einheitliche Obergrenze festgelegt, sondern gestaffelt abgesenkt werden, in der Premiumklasse wie auch im Volumensegment. Gerade dort liege aufgrund der riesigen Anzahl an Klein- und Mittelwagen das Hauptpotenzial zur Reduzierung von Verbrauch und Emissionen durch Effizienzsteigerung der Motoren – so Prof. Nassauer weiter.
Der Anteil der Dieselmotoren-PKW liegt in Westeuropa bereits bei ca. 48% und wird weiter steigen, vor allem außerhalb Europas. Die Attraktivität dieser Technologie liegt im Optimierungspotenzial bei den innermotorischen Vorgängen verbunden mit Innovationen bei der Abgasnachbehandlung. Letztere ermöglichen nun auch den Zugang zum nordamerikanischen Markt mit seinen scharfen
Emissionsrichtlinien. So zeigte Richard Bauder, Leiter Dieselmotorenentwicklung der Audi AG die Richtung auf, die AUDI beim TDI verfolgt; Optimierung der konventionellen Verbrennung, Erreichung einer homogenen Verbrennung, Einspritz-Drücke bis zu 2400 bar, beschichtete Dieselpartikelfilter und ein DeNOx-System mit Harnstoff als Reduktionsmittel. Gerade die noch höheren Einspritzdrücke sind ein Signal an den Maschinenbau und die Werkstofflieferanten in den frühen Stufen der Wertschöpfung, entsprechende Entwicklungen rechtzeitig anzugehen.
Effiziente Dynamik heißt der systemische Ansatz von BMW. Dirk Uwe Kannenberg, Projektleiter für BMW 4-Zyl. Benzinmotoren, BMW Group, stellte den 4-Zylinder Ottomotor mit dem Benzindirekteinspritzungssystem der 2. Generation vor. Im Maßnahmenpaket zur Leistungssteigerung und Kraftstoffeinsparung wird zukünftig das gesamte Fahrzeugsystem in die Optimierung einbezogen.
Die variable Ventilsteuerung mit möglichst vielen Freiheitsgraden ist für den Betrieb moderner Motoren eine wesentliche Komponente; Entdrosselung, interne Abgasrückführung oder Reduzierung der Kompression bei Start-Stopp-Vorgängen sind nur einige Funktionen. Die Herausforderungen bei der Entwicklung sind sehr hoch, zum einen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, Betriebsfestigkeit und Präzision, zum anderen hinsichtlich Bauhöhe und Packaging. Die Strategie bei Toyota war, ein bautechnisch skalierbares Design und damit die Adaption auf die vier Motorbaureihen zu erreichen. Hans-Peter Wandt von Toyota ging ausführlich auf die Entwicklungsziele und deren Umsetzung ein.
Einen weiteren Akzent setzte Dr. Marc Uhl, Gruppenleiter in der Common Rail Systementwicklung, Robert Bosch GmbH mit seinen Ausführungen zur Einspritztechnologie bei Dieselmotoren. Wechselwirkungen von Einspritzverlauf, -druck und Zumessgenauigkeit wurden beschrieben und zukünftige Entwicklungen dargestellt. Neben der Piezo-Aktor gesteuerten Düse wird auch die Magnetventildüse weiterentwickelt, diese soll zukünftig Raildrücke bis zu 2000 bar und mehr ermöglichen.
Das Potenzial neuer Wege zur Optimierung von Brennverfahren, zeigte Hans-Jürgen Berner, Leiter Thermodynamik und Brennverfahrensentwicklung, FKFS Stuttgart, anhand der homogenen Kompressionszündung für Otto- und Dieselkraftstoffe.
Die Herausforderungen bei der Entwicklung moderner Abgassysteme erläuterte Nils Rippert,
Projektleiter technische Entwicklung Abgassysteme, Friedrich Boysen GmbH und Co. KG, am Beispiel des Abgassystems eines BMW-Sechszylinder-Motors mit Bi-Turboaufladung. Innovationen stellen hier u. a. neue, hochtemperaturfeste Stähle, Ni-Basis-Materialien, luftspaltisolierte, doppelwandige Blechkrümmer und spezielle Verbindungs- und Dichtungstechnologien dar. Eindrucksvoll wurde gezeigt, wie dieser Prozess in hohem Maße durch die numerische Simulation unterstützt wird.
In diesem Kontext gab Dr.-Ing. Stefanie Wrobel, Projektmanagerin im Cluster Automotive der Bayern Innovativ GmbH, einen kurzen , fundierten Einblick zu Entwicklungen im Bereich der
Dieselpartikelfiltertechnologie. Die umfassende Abgasnachbehandlung erfolgt heute über eine Vielzahl von Einzelkomponenten, deren Funktion und Wechselwirkungen über eine komplexe Motorsteuerunggewährleistet werden. Dieser Aspekt stellte die Überleitung dar, zum hochinteressanten Überblick von Dr. Andreas Böhm, ebenfalls Projektmanager im Cluster Automotive der Bayern Innovativ GmbH, der die vielfältigen Funktionen des elektronischen Motormanagements sowie die hohe Komplexität der Regelung von Funktionen in den Bereichen Motor, Sicherheit, Komfort etc. erläuterte.
Die Strategie von Volkswagen setzt stark auf die Nutzung von Bio-Kraftstoffen der 2. Generation und die fortschreitende Elektrifizierung des Antriebsstrangs, über unterschiedliche Stufen der Hybridisierung bis hin zum Elektrofahrzeug. Dr. Tobias Böhm von der VW Konzernforschung betonte in diesem Zusammenhang u.a. die unbedingte Notwendigkeit innovative Speichersysteme zu entwickeln.
Einen Einblick in die aktuellen Möglichkeiten der Simulation und wie sie mit innovativer Software
umgesetzt wird, gewährte Dr. Gotthard Rainer, Geschäftsbereichsleiter AVL List. An aktuellen Beispielen demonstrierte er die Möglichkeiten der Simulation im gesamten Entwicklungsprozess des Hybrid-Antriebssystems.
Einen hervorragenden Abschluss fand das Symposium im Vortrag von Prof. Dr.-Ing. Georg
Wachtmeister, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der TU München, zu Highlights aus Wissenschaft und Forschung, in dem er einen Blick in weitere Zukunft richtete. Prof. Wachmeister präsentierte ein Spektrum an Innovationen: von der Minimierung von Reibungsverlusten, der Gewichtsersparnis durch neue Werkstoffe, der Nutzung alternativer Kraftstoffen und neuen Brennverfahren bis hin zu Hybridkonzepten
Mit den hochkarätigen Vorträgen in Verbindung mit der begleitenden Fachausstellung hat sich das
Symposium zu einem etablierten Treffpunkt der Branche entwickelt.
Abschließend fasste Prof. Dr. Josef Nassauer die Ergebnisse des Symposiums kurz zusammen.
Verbrennungsmotoren und Hybridsysteme in allen Varianten bis hin zum Elektroauto sind für die nahe Zukunft die wichtigsten Antriebssysteme.
Nach Expertenmeinung können bei den Verbrennungsmotoren noch bis zu 20% Effizienzsteigerung erzielt werden. Dies kann aber nur in zahlreichen, sehr aufwändigen Einzelschritten erreicht werden. Dazu zählen weitere Optimierungen u.a. im Bereich von Einspritzung, Aufladung, Verbrennung oder Abgasnachbehandlung sowie im Energiemanagement.
Diese neuen Entwicklungen erfordern dabei eine Vernetzung über den klassischen Motorenbau hinaus. Neben Maschinenbau, Thermodynamik und Elektrotechnik gewinnen Disziplinen wie allgemeine Physik, Informatik und Mathematik zunehmend an Bedeutung.
Das Premiumsegment wird diese Innovationen weiter vorantreiben. Die deutsche Automobilindustrie wird mit ihren Premiumherstellern weiterhin mit an der Spitze dieser technischen Entwicklungen stehen.
Die Motorentechnologie wird auch einen der Themenschwerpunkte auf dem 10. internationalen BAIKAJahreskongress „Zulieferer Innovativ“ am 2. Juli 2008 im AUDI-Forum in Ingolstadt bilden.
Anfang November 2008 wird dann das nächste Motoren-Symposium in Passau stattfinden, das nach Aachen und Wien nun schon an dritter Stelle in Europa genannt wird.
Autoren: Prof. Dr. Josef Nassauer, Dipl.-Ing. Constantin Schirmer, Dr.-Ing. Stefanie Wrobel,
Dr. Andreas Böhm, alle Bayern Innovativ GmbH, Nürnberg
