Strategische Zukunft: Powertrain-Vision für Morgen

Autoren

Toshihiro Hirai, Alliance Global Director, Corporate Vice President, Nissan Motor Co., Ltd., Kanagawa, Japan

Jahr

2017

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 802

Zusammenfassung

Für die Mobilitätslösungen zur Verwirklichung der nachhaltigen Gesellschaft erscheint eine zweigleisige Vorgehensweise nötig. Erstens: Verbreitung von „emissionsfreien Fahrzeugen“, welche beim Fahren absolut kein CO₂ ausstoßen. Zweitens: Gründliche Verbesserung der Effizienz von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Bezüglich der „Verbreitung von emissionsfreien Fahrzeugen“ strebt Nissan bis 2025 nach einem Umsatzanteil von 25 %. Produktion/Vertrieb von emissionsfreien Fahrzeugen ist jedoch nur der erste Schritt zur „Verbreitung von emissionsfreien Fahrzeugen“. Der Schlüssel zur Verbreitung ist eine umfassende Initiative inkl. Aufbau der sozialen Infrastruktur wie Entwicklung und Einrichtung von Schnellladegeräten für EV, und so bemüht sich Nissan durch diese Aktivitäten um die Förderung emissionsfreier Mobilität. Andererseits wird bezüglich der Verbesserung der Effizienz von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren eine thermische Effizienz von ca. 40 % durch den Generationswechsel vor 2020 erreichbar sein; dies ist jedoch nur ein Durchfahrtpunkt. Mit der Entwicklung von Magerverbrennungsprozessen wie AGR mit Auflader und Magermotor mit Auflader ist der Weg zur thermischen Effizienz von Verbrennungsmotoren von 45 % bereits zu erkennen. Die Tendenz der Verbesserung der thermischen Effizienz soll weiter fortdauern, damit Verbrennungsmotoren auch in der Zukunft weiterhin eine wertvolle Technologie sein können. Der Schlüssel zur kontinuierlichen Verbesserung sollen die Reduzierung von Auskühlverlusten sowie die Realisation des hohen Verdichtungsverhältnisses sein; um mehr als einen bestimmten Verdichtungsgrad zu verwirklichen, werden Langhuber benötigt, welche jedoch eine enorm irrationale Geometrie für einen Fahrzeugverbrennungsmotor haben. Um die Realisation des hohen Verdichtungsverhältnisses voranzutreiben, wird dies ein großes physikalisches Hindernis darstellen. Der für den Motor „VC-Turbo“, neulich von Nissan entwickelt, verwendete Linkmechanismus hat nicht nur die Funktion, das Verdichtungsverhältnis stufenlos zu verändern, sondern auch den Effekt, die Bewegung des Kolbenrings zu ändern. Dank dieses Effektes können physikalische Hindernisse für das Vorantreiben der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses überwunden und Langhuber geometrisch problemlos verwirklicht werden. In gewisser Hinsicht kann man sagen, dass durch Gewinnung dieses Linkmechanismus Verbrennungsmotoren ein Entwicklungspotential für weitere 100 Jahren erworben haben. Obwohl es schwierig erscheinen mag, weitere sprunghafte Verbesserungen zu erzielen, wenn die thermische Effizienz von Verbrennungsmotoren 45 % überschreiten, existieren jedoch bei Kraftwerken und Schiffsmotoren bereits Beispiele, für welche eine noch höhere thermische Effizienz verwirklicht wurde. Ein Punkt dafür ist die Verwendungsweise von Verbrennungsmotoren und weitere Verbesserungen sind durch die Einschränkung des Betriebszustandes wie die Beschränkung der Drehzahl oder der Betrieb mit Dauerbelastung zu erwarten. Nissan hat im Herbst 2016 ein neues Powertrain „e-POWER“ mit neuer elektrischen Powerunit, in welchen Benzinmotoren und batteriebetriebene Motoren fusioniert sind, herausgebracht. Da bei „e-POWER“ der Benzinmotor strukturell nicht direkt mit den Reifen verbunden ist, ist es möglich, den Verbrennungsmotor auch als ein für Stromerzeugung spezialisierten Motor mit der effektivsten Drehzahl und mit der effektivsten Belastung antreiben zu lassen; so hat dieser Motor das Potential, Wirtschaftlichkeit auf einem noch höheren Niveau zu erreichen.