EcoBoost 500: Schritte zur maximalen Effizienz eines Ottomotors

Autoren

Dipl.-Ing. C. Weber, Dipl.-Ing. R. Friedfeld, Dr.-Ing. F. Krämer, Dipl.-Ing. J. Linsel, Dr.-Ing. H. Ruhland, Dr.-Ing. M. Wirth, Ford Werke GmbH, Köln;
F. Abkenar MSc, Ford Motor Company, Dearborn, USA

Jahr

2020

Druckinfo

Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Nr. 813

Zusammenfassung

Die EcoBoost-Technologie hat mit der Einführung der zweiten Generation des mehrfach ausgezeichneten 1.0 Liter Dreizylinder-Motors neue Maßstäbe hinsichtlich spezifischer Leistung und Kraftstoffverbrauch gesetzt. Um allerdings den zukünftigen Anforderungen und Kundenerwartungen begegnen zu können, sind weitere Verbesserungen und Anpassungen des Verbrennungsmotors notwendig, unabhängig davon, ob er als alleiniger Antrieb eines Fahrzeuges oder aber als Komponente eines Hybridantriebes fungiert – das gilt auch für die Verwendung von erneuerbaren Kraftstoffen.
Die Möglichkeit eines stöchiometrischen Motorbetriebes im gesamten Kennfeld wird hierfür ein ganz entscheidender Faktor sein. Mit Hilfe einer bedarfsorientierten Variabilität der Ventilsteuerzeiten sowie eines Turboladers mit variabler Turbinengeometrie kann das gelingen.
Zur Verifizierung und Analyse dieses Ansatzes wurde ein Technologieträger auf der Basis des serienmäßig verfügbaren 1.5 Liter Ecoboost-Motors entwickelt. Um eine erhöhte geometrische Verdichtung zu realisieren, wurde das Basisaggregat bezüglich seiner Strukturfestigkeit angepasst, damit den erheblich höheren Belastungen durch ansteigende Spitzendrücke begegnet werden kann. Zur weiteren Reduzierung der Klopfempfindlichkeit wurde zusätzlich das gesamte Kühlungskonzept angepasst bzw. optimiert. Damit konnten Randbedingungen geschaffen werden, um das Kraftstoffeinsparpotential durch erhöhte Kompression in Verbindung mit verlängerter Expansion für verschiedene Leistungsvarianten eines Motors optimal auszunutzen. Die damit einhergehenden verringerten Abgastemperaturen erlauben schließlich den Einsatz eines Laders mit variabler Turbinengeometrie. Erst das Zusammenwirken von hoher Verdichtung, flexiblen Steuerzeiten, Prioritätskühlung und Spitzendruckfestigkeit ermöglicht eine Optimierung des Gesamtsystems mit vollständig stöchiometrischer Betriebsweise.