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Optimierte Verbrennung: Effizienzsteigerung von Dieselmotoren und des Gesamtaggregates

Neben der Entwicklung alternativer Antriebe setzt die Automobilindustrie auch auf die weitere Verbesserung und Effizienzsteigerung klassischer Verbrennungsmotoren. Dies betrifft zum einen die Einspritzung bei Dieselmotoren, aber auch die Effizienz des Gesamtaggregates.

Effiziente Dieselmotoren

Der Anteil an Fahrzeugen mit Dieselmotoren liegt in Deutschland bei knapp 50%; ein ähnlicher Prozentsatz gilt für Europa. Der Hauptgrund, der für die Dieseltechnologie spricht, ist allgemein bekannt: der im Vergleich zu Otto-Motoren geringere Kraftstoff-Verbrauch. Um den Verbrauch und damit auch den Emissionsausstoß weiter reduzieren zu können, ist eine hochgenaue Druckmessung unerlässlich.

Einspritzung bei Dieselmotoren

Bei Dieselmotoren wird durch den sehr hohen Druck der Einspritzanlage der Kraftstoff sehr fein zerstäubt. Durch die feinere Zerstäubung bei höheren Drücken, wird die Geschwindigkeit des Verbrennungsprozesses maßgeblich verbessert und gleichzeitig durch eine geringere Partikelgröße die Emission reduziert. Beim ersten Serien-PKW mit Diesel-Einspritzung, dem erstmals 1988 angebotenen Fiat Croma TD i.d., lag der Druck noch bei 1000 bar. Mittlerweile werden Druckgrößen von 2000 bis 2500 bar erreicht – und das Niveau steigt weiter.

Common-Rail-Einspritzung

Druckaufnehmer von HBM kommen zum Beispiel bei der Entwicklung der Common-Rail-Einspritzung zum Einsatz, die auch „Speichereinspritzung” genannt wird, da die Druckerzeugung vollständig vom eigentlichen Einspritzvorgang getrennt ist. Eine Hochdruckpumpe hält bei dieser Technologie den Kraftstoff stetig auf einem hohen Druckniveau. Zeitpunkt und Menge der Einspritzung werden durch die Elektronik gesteuert.

P3TCP Druckaufnehmer-Serie

In Prüfständen der Automobilindustrie werden zur Optimierung der Common-Rail-Einspritzung die hochgenauen Druckaufnehmer der P3TCP-Serie eingesetzt.

Die "Top Class" Modelle arbeiten mit einer Genauigkeit zwischen 0,1 und 0,2 % (je nach Messbereich) und sind von 0 bis 3.000 bar verfügbar. Damit liegen sie genau in dem Bereich, in dem heutige Einspritzanlagen bzw. die angeschlossenen Hochdruckpumpen arbeiten. Die hohe Genauigkeit garantiert eine verlässliche Reproduzierbarkeit der Messergebnisse. Eine integrierte Temperaturmessung (PT100) stellt dabei die Temperaturkompensation sicher.

Aber auch für eine weitere Erhöhung des Druckniveaus ist die P3TCP-Serie gerüstet. Mit den „BlueLine“ Modellen können auch höchste Drücke zwischen 5.000 und 15.000 bar ermittelt werden – und dies mit einer Genauigkeitsklasse von 0,25 bei 5.000 bar.

Sowohl die "Top Class" als auch die "BlueLine" Modelle ermöglichen eine präzise Kontrolle und damit optimierte Einstellung der Diesel-Einspritzung.

Druckaufnehmer von HBM

Optimierung des Gesamtaggregates

Ein aktuelles und immer wichtigeres Ziel in der Entwicklung von Motoren und Getrieben ist die Optimierung der Energieeffizienz des Gesamtaggregates. Dazu ist es notwendig, den Energieverbrauch aller beteiligten Komponenten und Hilfsaggregate messtechnisch zu bestimmen. Denn ein moderner Verbrennungsmotor gibt seine Leistung nicht nur an das Getriebe, sondern auch zum Beispiel an die Lichtmaschine oder den Kompressor der Klimaanlage ab.

Auch diese Leistungsabgabe muss messtechnisch erfasst werden, damit eine Optimierung vorgenommen werden kann. Zusätzlich sind Verluste an der Nockenwelle, den Nockenwellenriemen oder -ketten zu erfassen und zu optimieren. Das kann sehr genau über die Messung des Drehmoments an den mechanischen Schnittstellen der jeweiligen Aggregate erfolgen, zum Beispiel an der Kurbelwelle oder der Nockenwelle.

Kundenspezifische Drehmomentaufnehmer

HBM bietet für diese Aufgabe kundenspezifisch angepasste Drehmomentaufnehmer an. Diese werden zwischen Riemen- bzw. Kettenrad und Hilfsaggregat installiert. Die dabei entstehenden parasitären Belastungen wie Biegemomente, Radial- und Axialkräfte werden durch das Design des Aufnehmers weitgehend kompensiert.

Kundenspezifische Aufnehmer von HBM

Nutzung am Prüfstand und im Fahrversuch

Der Aufnehmer ist kompakt und sehr flach ausgeführt, so dass er selbst beim Einbau des Gesamtmotors in ein Fahrzeug an Ort und Stelle verbleiben kann. Damit ist sowohl eine Nutzung am Prüfstand als auch im Fahrversuch möglich. Auch der Gebrauchstemperaturbereich ist für die extremen Werte, die im Feldversuch auftreten (Heiß- /Kaltlandfahrten) geeignet. Die Datenübertragung und Energieversorgung des Rotors erfolgt berührungslos und verschleißfrei über ein Telemetriesystem.

Die Datenausgabe kann direkt an einen Messrechner über digitale oder analoge Schnittstellen erfolgen. Der weite Bereich der Versorgungsspannung deckt sowohl den PKW- als auch den LKW-Bereich ab.

Genauigkeitsklasse 0,2%

Die Genauigkeitsklasse der Drehmomentaufnehmer liegt bei typisch 0,2%, typische Messbereiche bei 100Nm. Damit sind, den Anforderungen entsprechend, genaue und hochauflösende Messungen möglich. Die Abmessung des Aufnehmers und auch die Anschlussmaße können dabei den Kundenanforderungen angepasst werden.