Forschung

Ottomotoren mit höherem Wirkungsgrad

Um künftige CO2-Grenzwerte zu erfüllen, müssen Fahrzeuge mit Ottomotor deutlich weniger Kraftstoff verbrauchen. In dem aus Eigenmitteln der FVV finanzierten Forschungsprojekt “ICE 2025+” untersuchen vier Hochschulinstitute aus Aachen, Braunschweig, Darmstadt und Stuttgart verschiedene Maßnahmen, mit denen der Wirkungsgrad deutlich erhöht werden soll. Ziel des Projektes ist es, das gesamte Antriebssystem so zu optimieren, dass im realen Betrieb ein möglichst günstiger Verbrauch erzielt wird. Bezogen auf den neuen WLTP-Zyklus bedeutet dies, einen durchschnittlichen Antriebswirkungsgrad von circa 40 Prozent zu erzielen, in einzelnen Betriebspunkten sogar 50 Prozent. Aktuelle Pkw-Ottomotoren schaffen derzeit als Bestwert circa 37 Prozent, im Durchschnitt circa 30 Prozent. Innerhalb des Projekts werden neue Motortechnologien im Zusammenspiel mit elektrifizierten Antrieben und synthetischen Kraftstoffen erforscht.

» Neben der Elektrifizierung werden in hybride Antriebstränge eingebundene, hocheffiziente Verbrennungsmotoren und CO2-neutrale synthetische Kraftstoffe einen entscheidenden Beitrag zur Erreichung der CO2-Ziele leisten. «
Dipl.-Ing. Arndt Döhler (Opel Automotive GmbH)

Motivation

Noch ist offen welche Antriebsstränge, Energieträger und Verkehrskonzepte den Personen- und Güterverkehr im Jahr 2050 bestimmen werden. Auf kurze und mittlere Sicht müssen energieeffiziente Hybridfahrzeuge und CO2-neutrale Kraftstoffe einen wirksamen Beitrag zu einer klimaneutralen Mobilität leisten. Darum fördert die FVV aus eigenen finanziellen Mitteln gezielt Projekte der vorwettbewerblichen Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF), um zum langfristigen Ziel einer „Zero-Impact-Emission-Mobilität“ beizutragen.

» Die CO2-Emissionen aus dem Straßenverkehr müssen im nächsten Jahrzehnt deutlich sinken. Es ist zwingend, dass sich Industrie und Wissenschaft dieser Herausforderung gemeinsam stellen. «
Dipl.-Ing. Dietmar Goericke (FVV e. V.)

Methodik

Der methodische Ansatz der Forscher besteht darin, verschiedene vorab ausgewählte Technologien – etwa eine erhöhte Verdichtung oder eine Wasser-Zusatzeinspritzung – zu kombinieren und ihren Einfluss auf den Systemwirkungsgrad zu untersuchen. Um das Antriebssystem auf reale Fahrbedingungen abzustimmen, werden sowohl verschiedene Fahrzeugklassen als auch Hybridvarianten – von milden 48-Volt- bis zum Hochvolt-Hybridantrieb – in die Untersuchung einbezogen. Die beteiligten Forscher arbeiten eng verzahnt. Innerhalb des ersten Arbeitspaketes, das vom Institut für Verbrennungskraftkraftmaschinen der Technischen Universität Darmstadt verantwortet wird, werden die Grundlagen für die Fahrzeugsimulation gelegt. Der zweite, am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart bearbeitete Projektteil “Motorsimulation” besteht vor allem darin, mit Hilfe schneller Rechenverfahren verbindliche Aussagen über Wirkungsgradsteigerungen durch verschiedene Technologiekombinationen treffen zu können. Wesentliche Maßnahmen zur Wirkungsgradsteigerung sollen innerhalb von “ICE 2025+” nicht nur simuliert, sondern auch an einem Einzylinder-Forschungsmotor getestet werden. Den Aufbau und Betrieb dieses Versuchsmotors verantwortet das Institut für Verbrennungskraftmaschinen der Technischen Universität Braunschweig. Innerhalb des vierten Arbeitspaketes wird am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der RWTH Aachen der Einfluss CO2-neutraler Kraftstoffe auf das Motorverhalten untersucht.

Ergebnis

Die Ergebnisse des Forschungsprojektes werden im Frühjahr 2020 vorliegen.

Dokumentation

ICE2025+ Maximale Systemeffizienz: Grenzen der ottomotorischen Wirkungsgradsteigerung in hybridisierten Antriebssträngen | Vorhaben-Nr. 1307

Themis

Status
Laufendes Projekt

Programm
Eigenmittel

Fördersumme
1.000.000,00 EUR

Laufzeit
01.03.2018 bis 28.02.2020

Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) e. V.

Lyoner Str. 18
60528 Frankfurt am Main
Deutschland

Industrie

Dipl.-Ing. Arndt Döhler
Opel Automotive GmbH

Dr.-Ing. André Casal Kulzer
Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG

Forschungsstellen

1 | Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (vka), RWTH Aachen

Wissenschaftliche Leitung:
Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischinger

2 | Institut für Verbrennungskraftmaschinen (ivb), Maschinenbau / Kraftfahrzeugtechnik, Technische Universität Braunschweig

Wissenschaftliche Leitung:
Prof. Dr.-Ing. Peter Eilts

3 |Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe (vkm), Technische Universität Darmstadt

Wissenschaftliche Leitung:
Prof. Dr. techn. Christian Beidl

4 | Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK), Lehrstuhl für Fahrzeugantriebe, Universität Stuttgart

Wissenschaftliche Leitung:
Prof. Dr.-Ing. Michael Bargende

 

Technische Universität Braunschweig

Institut für Verbrennungskraftmaschinen

Hermann-Blenk-Str. 42
38108 Braunschweig
Deutschland

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (RWTH)

Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (VKA)

Forckenbeckstr. 4
52074 Aachen
Deutschland

Universität Stuttgart

Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen/Lehrstuhl Fahrzeugantriebe

Pfaffenwaldring 12
70569 Stuttgart
Deutschland

Technische Universität Darmstadt

Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe

Otto-Berndt-Str. 2
64287 Darmstadt
Deutschland

Projektmanagement

Ralf Thee

FVV
+49 (0) 69 6603 1349
+49 (0) 69 6603 2349

Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V.

Lyoner Straße 18
60528 Frankfurt am Main
Deutschland
T +49 69 6603 1345