Im Gesamtsystem schlummert noch viel Kraftstoff-Sparpotenzial Mehr Effizienz im Nutzfahrzeugantrieb - AutomobilKONSTRUKTION

Im Gesamtsystem schlummert noch viel Kraftstoff-Sparpotenzial

Mehr Effizienz im Nutzfahrzeugantrieb

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Man könnte meinen, dass Nutzfahrzeugantriebe unter Effizienzgedanken schon ausgepresst sind wie eine Zitrone. Weit gefehlt – wie die Mahle GmbH mit Systemoptimierungen an den richtigen Stellen beweist.

Der Autor: Hartmut Hammer, freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion

Optimierte Reibung und Schmierölversorgung: drei Prozent weniger Kraftstoffverbrauch. Ein ganzheitliches Ölmanagement an Ölpumpe und Ölfilter: minus drei Prozent. Weitere zwei Prozent weniger Kraftstoffverbrauch durch ein regelbares Motorkühlsystem. Und selbst die Klimaanlage für die Fahrerkabine kann nochmal ein halbes Prozent Kraftstoff einsparen. Natürlich darf man diese Potenziale nicht einfach addieren, da sie sich teilweise gegenseitig kompensieren. Aber schon diese Aufzählung verdeutlicht, dass Mahle im Nfz-Verbrennungsmotor noch genügend Verbesserungspotenzial sieht.
Etwa – ganz klassisch – bei den bewegten Motorteilen. Die Reibung gilt gemeinhin als der größte Verlustfaktor. Eine wirksame Maßnahme ist der Einsatz von Stahlkolben. Sie bieten im Vergleich mit Aluminiumkolben tendenziell ein konstanteres Spiel zur Laufbuchse und können deshalb reibleistungsärmer ausgelegt werden. Außerdem ist mit Stahlkolben eine geringere Kompressionshöhe möglich, die entweder per längeren Pleuel zu einer Reduktion der Kolbenseitenkraft (weniger Reibung) oder für eine geringere Höhe des Zylinderblocks (Gewichtsersparnis) genutzt werden kann.
Intelligenter schmieren
Eine andere Option sieht Mahle in niedrigviskosen Leichtlaufölen, die zusammen mit einer zonal selektiven Zylinderhonung die Schmierverhältnisse an der Zylinderwand optimieren. Auch kleinere und beschichtete Kontaktflächen zwischen Reibungspartnern – etwa zwischen Kolbenringen und Zylinderlaufbuchse oder zwischen Kolbenbolzen und Pleuel – senken die Reibungsverluste. Ein weiterer Ansatz ist die Wälzlagerung (statt Gleitlagerung) von Nockenwellen. Sie vermindert die Reibung, ermöglicht Start-Stopp-Systeme beim Nutzfahrzeug, benötigt keine Druckölschmierung und ermöglicht somit einfachere Zylinderkopfkonstruktionen.
Das Ölversorgungssystem bietet insgesamt ein großes Potenzial, parasitäre Verluste zu minimieren. Das geht indirekt zum Beispiel mit Kolben mit einer besseren Wärmeabfuhr sowie modifizierten Lagerstellen, die letztlich in einer geringeren Kühlölmenge resultieren. Auf diese Weise lässt sich die Ölpumpe kleiner dimensionieren und so allein schon 0,3 Prozent Kraftstoff einsparen.
Viel mehr Sparpotenzial bietet das ganzheitliche Ölmanagement. Wichtigster Ansatzpunkt ist die regelbare Pendelschieber-Ölpumpe für Nutzfahrzeuge, die Mahle als weltweit erster Zulieferer etwa 2018 in den Markt bringen will. Bei ihr werden Druck und Volumenstrom bedarfsgerecht erzeugt. Unnötig hohe Verlustleistungen in der Teillast werden so vermieden und bis zu 1,5 Prozent Kraftstoff eingespart.
Kombiniert man die regelbare Ölpumpe mit einem hoch integrierten Ölfiltermodul, sind bei Nutzfahrzeugen laut Mahle sogar bis zu drei Prozent Kraftstoff-Minderverbrauch möglich. Das Ölfiltermodul umfasst neben dem Kühlmittel- und Ölthermostat eine regelbare Visco-Kühlmittelpumpe. Über die beiden Thermostate werden Wasser- und Ölkreislauf bedarfsgerecht geregelt.
Bedarfsgerechte Kühlung
Am zweiten Kühlsystem – der Motorkühlung – setzt Mahle ebenfalls auf bedarfsgerechte Lüfter- und Pumpenregelungen. So liefert man bereits seit Jahren regelbare Visco-Lüfter und Kühlmittelpumpen an die Kunden, die bis zu einem Prozent Kraftstoff sparen. Bis 2018 will man einen kennfeldgesteuerten Thermostat in Serie bringen. Er soll die Kühlmitteltemperatur schneller als bisher an die Fahrsituation anpassen und so bis zu einem halben Prozent Kraftstoff einsparen. Eine intelligente Regelstrategie, die das Zusammenspiel all dieser Komponenten berücksichtigt, soll die Leistungsaufnahme des Kühlsystems in einem weiten Betriebsbereich senken und weitere zwei Prozent Kraftstoff einsparen.
Ein weiterer vielversprechender Ansatz ist die Erweiterung des direkten Kühlsystems durch ein indirektes System. Bei ihm würde ein zusätzlicher Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf die Rückkühlung der indirekten Ladeluftkühlung übernehmen und laut Mahle ein weiteres Prozent Kraftstoff einsparen. Ähnlich wie ein Hybridantrieb würde eine weitere Idee funktionieren: der kombinierte elektrische und Visco-Lüfterantrieb. Bei ihm würden der Elektromotor und der mechanische Antrieb jeweils in ihren optimalen Betriebsbereichen zum Antrieb des Lüfters eingesetzt.
Viel konkreter ist die Kraftstoffersparnis durch eine effizientere Klimatisierung der Nfz-Fahrerkabine. Hier hat Mahle den Energiebedarf versuchsweise um 83 Prozent reduziert, was etwa einem halben Prozent weniger Kraftstoff im Fahrzyklus entspricht. Erreicht wurde dies – laut Mahle ohne Komforteinbußen – über eine variable Luftaustrittstemperatur am Verdampfer, eine bessere Regelstrategie und Kältekreislauf, bürstenlose Lüftermotoren, eine Rekuperation der Bewegungsenergie durch den Klimakompressor, respektive Speicherverdampfer, sowie eine Zonenklimatisierung in der Kabine.
Mahle GmbH, Tel.: +49 711 501-0 wwww.mahle.com
IAA Nutzfahrzeuge: Halle 12, Stand C23
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