10. MTZ-Fachtagung
Elektrifizierung im Umfeld Ladungswechsel

24. und 25. Oktober 2017, Stuttgart

Elektrifizierung im Umfeld Ladungswechsel

Autor: Andreas Fuchs

In diesem Jahr feiert die MTZ-Tagung Ladungswechsel im Verbrennungs­motor ihr 10-jähriges Jubiläum. Eines der zentralen Themen der heute und morgen stattfindenden Fachtagung ist der zunehmende Einfluss der Elektrifizierung. 

Jochen Schmid von Daimler zeigte in seinem Keynotevortrag "Von 12 V bis Hochvolt – die neuen High-Tech-Antriebe von Mercedes-Benz" auf, welche Änderungen sich bei Verbrennungsmotoren unter anderem durch die Elektrifizierung ergeben. So haben die OEMs heute beim Antriebsstrang viele Herausforderungen zu lösen. Vor allem die Modularität hat für die internationalen Hersteller dabei eine hohe Priorität: Die Antriebsstränge müssen so beispielsweise zu unterschied­lichen Energieträgern kompatibel sein, und sie müssen in unterschiedlichen Fahrzeugflotten und Märkten eingesetzt werden können. Dies hat Einfluss auf die unterschiedlichsten Unternehmensbereiche. Die hierfür bei Daimler umgesetzten Änderungen wurden an zahlreichen Beispielen erläutert. Laut Schmid hat Daimler "heute schon eine hohe Modularität beim Antriebsstrang erreicht, das heißt, durch den modularen Aufbau können Motoren an unterschiedliche Fahrzeuge und Märkte angepasst werden".

Tops und Flops im Ladungswechsel der letzten zehn Jahre

Dr. Uwe Mohr von Mahle ging in dem zweiten Keynotevortrag auf die "Tops und Flops im Ladungswechsel der letzten zehn Jahre" ein. So mündeten zahlreiche Entwicklungen beim Luftansaugsystem in Serienprodukten – aber es gab auch einige Flops zu verzeichnen, die sich nicht durchsetzen konnten. Entweder weil sie zu teuer waren, oder weil es technisch bessere Lösungen gab. Fazit von Dr. Mohr war, dass bei "Luftansaugsystemen eine Menge Entwicklungen in den letzten zehn Jahren verfolgt wurden – und sich dies auch in den nächsten zehn Jahren nicht ändern wird". Die Systemkomplexität wird laut Dr. Mohr dabei auch in Zukunft weiter zunehmen.

Der erste Fachthemenblock der Tagung widmete sich anschließend den Brennverfahren. Mario Medicke von IAV erläuterte in seinem Vortrag "Ladungsbewegungskonzepte für moderne Brennverfahren". Demnach können aktuelle Downsizing-Konzepte durch FES- oder SES-Strategien weiter im Wirkungsgrad gesteigert werden. Dabei werden diese Verfahren sowohl zur Teillastentdrosselung als auch zur Klopf­minderung bei Volllast genutzt. An Betriebspunkten mit hohem Mitteldruck ermöglicht die verminderte Klopfneigung höhere Verdichtungsverhältnisse bei gleichzeitiger Vermeidung der Anfettung zum Bauteilschutz. Auch in der Teillast können die verbrennungs­seitigen Nachteile des reduzierten effektiven Verdichtungsverhältnisses mithilfe erhöhter Verdichtung reduziert werden. Zusätzlich muss der Turbulenzverlust ausgeglichen werden, was durch ein optimiertes Kanalkonzept erreicht wurde.

1-D/3-D-Kopplung in der Brennverfahrensentwicklung

Der weit verbreitete Einsatz der 1-D-Motorprozessrechnung in der Konzept- und Auslegephase ist mit der Herausforderung der Vorhersage des Brennverlaufs verbunden. Da zu diesem Entwicklungs­zeitpunkt oftmals keine Prüfstandsdaten verfügbar sind, besitzen prädiktive Verbrennungsmodelle eine hohe Attraktivität. Die Vorhersagegüte dieser Modelle ist jedoch ohne vorherige Kalibration oftmals nicht zufriedenstellend. Ursache hierfür ist die fehlende oder unzureichende Beschreibung der Interaktion zwischen der Turbulenz und dem Flammenfortschritt im Brennraum. Dr. Björn Franzke von FEV erläuterte in seinem Vortrag "Potenziale der 1-D/3-D-Kopplung in der Brennverfahrens­entwicklung" einen neuen Ansatz zur prädiktiven Brennverlaufs­vorhersage, der auf der Interaktion von 1D- und 3D-Simulationswerkzeugen beruht.

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