Ein Hoch-Effizienz Hybrid Motorkonzept mit ηeff > 45 %

Autoren

J. Li, Dr. Y. Liu, L. Han, X. Li, C. Zhao, CHINA FAW Group Co. Ltd., Changchun; Dr.-lng. M. Hunger, Dr.-Ing. M. Kleinen, Dipl.-Ing. M. Riess, Dipl.-Ing. M. Sens, IAV GmbH, Berlin:

Jahr

2023

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Hybridantriebe werden zusammen mit rein batterieelektrischen und Brennstoffzellen-antrieben in vielen Märkten weltweit als Baustein zukünftiger Flottenszenarien betrachtet. Da die Effizienz dieser Antriebsstränge jedoch deutlich hinter der von reinen BEVs oder FCEVs zurückbleibt, müssen Technologien eingeführt werden, die dazu beitragen, die Antriebsstrangeffizienz von Hybridantriebssträngen zu erhöhen. Dazu werden die elektrischen Komponenten wie Wechselrichter, E-Maschine und Batterie optimiert, auch wenn das Potenzial aufgrund bereits hoher Effizienzwerte nicht mehr sehr groß ist. Der Fokus muss hier stärker auf den Verbrennungsmotor gelegt werden, da er meist einen erheblichen Teil der Antriebsarbeit des Fahrzeugs leistet und das mit Abstand schlechteste Glied in der Effizienzkette des Antriebsstrangs ist. Auch wenn seine Einsatzszenarien und -anteile je nach Hybridtopologie variieren, bleibt er das schwächste Glied in der Effizienzkette.

Insofern befasst sich der geplante Beitrag mit der Entwicklung eines verbrennungsmotorischen Konzepts, welches konsequent auf höchsten effektiven Wirkungsgrad ausgerichtet ist. Ziel der Entwicklung war es, in einem beträchtlichen Kennfeldbereich effektive Wirkungsgrade von deutlich über 40 % und einen Spitzenwirkungsgrad von 45 % zu erreichen.

Das Besondere an dem Konzept ist, dass der Motor diesen hohen Wirkungsgrad sowohl im mageren als auch im stöchiometrischen Betrieb erreichen kann. Hierfür wurde ein völlig neues Brennverfahren mit einer extrem hohen Restgastoleranz von AGR-Raten bis 40% - 45 % entwickelt. Bausteine, die hier zum Einsatz kommen, sind ein Verdichtungsverhältnis von 17.5:1, ein langhubiges Kurbeltriebdesign und speziell entwickelte Einlass- und Auslasskanäle. Nicht zuletzt kommt eine aktive Vorkammerzündkerze zum Einsatz, die mit einer Luft-Kraftstoff-Gemischeinspritzung für stöchiometrischen Betrieb mit hohen Restgasraten arbeitet. Der Motor erreicht dieses Potenzial ohne elektrifizierte Antriebsstrangkomponenten, d. h. ohne eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe oder einen elektrischen Nockenwellenantrieb usw. Alle sind Teil des mechanischen Aufbaus des Konzeptmotors.

In der einzureichenden Arbeit werden alle Entwicklungsschritte des vollständig virtuell entwickelten Motors beschrieben und die Validierung am Motorenprüfstand dargestellt. Neben der hohen Effizienz erreicht der Motor eine spezifische Leistung von 55 kW/l.

Aufbauend auf dem Erreichten wird ein Ausblick gegeben, was technologisch möglich wäre, um den Wirkungsgrad noch weiter über 45 % zu steigern.

ISBN

978-3-9504969-2-5