Mahle Powertrain: HBM macht Motoren umweltfreundlicher

Einen bis zu 20 Prozentpunkte höheren Wirkungsgrad verspricht der neue CAI-Motor des britischen Automobilzulieferers Mahle Powertrain. Die Entwicklung des technisch komplexen Motors stellt die Mahle-Ingenieure vor große Herausforderungen. Dank Messtechnik von HBM waren jedoch selbst nichtlineare Kennlinien bei Thermistoren kein Problem.

Mahle Powertrain genießt für seine Forschungen am so genannten CAI-Motor
("Gasoline Controlled Auto-Ignition"), einen besonders sparsamen selbstzündenden Benzinmotor, internationale Anerkennung.

Effizienz steigern durch Selbstzündung

Die Theorie über den CAI-Motor besagt, dass sich der thermische Wirkungsgrad des Motors durch Selbstzündung erheblich erhöhen lässt. Mahle Powertrain geht davon aus, dass sich mit dieser Technik etwa 45 % der im Benzin gespeicherten Energie nutzen lassen. Bei einem typischen mit Zündkerzen gezündeten Benzinmotor liegt dieser Wirkungsgrad nur bei etwa 25 %.

Motorentechnologie für die Zukunft…

Um die Selbstzündung zu ermöglichen, musste Mahle Powertrain den normalen Verbrennungszyklus ändern und große Mengen der Verbrennungsabgase nach dem ursprünglichen Verbrennungsvorgang in den Motorzylinder zurückführen, anstatt sie in die Umgebung entweichen zu lassen.

Diese Abgase heizen dann die nächste Zylinderfüllung des unverbrannten Benzin-Luft-Gemisches auf, während es durch mehrere Öffnungen in den Verbrennungsraum strömt. Zusammen mit ausreichender Kompression ermöglicht dies die Selbstzündung.

Eine weitere technische Herausforderung bei der Entwicklung eines CAI-Motors ist die Tatsache, dass er nur in einem eingeschränkten Betriebsbereich arbeiten kann. Bei höheren Geschwindigkeiten oder Belastungen muss die Verbrennung wie bisher mit Zündfunken gesteuert werden.

…in Zusammenarbeit mit HBM

Mahle Powertrain hat eng mit HBM zusammengearbeitet. Mithilfe des Kolben-Telemetriesystems des Unternehmens und einer mechanischen Verbindung, die vom großen Pleuelauge ausgeht und über die Signalleitungen geführt wird, lassen sich bei laufendem Motor Echtzeit-Kolbendaten gewinnen.

Über acht Thermistoren, die an ganz bestimmten Stellen direkt unter der Oberfläche der Verbrennungsmulde des Kolbens und der Kolbenring-Nuten platziert wurden, konnten, während der Motor lief, aktuelle Temperaturmessungen innerhalb des Kolbens durchgeführt werden.

Wegen der hohen Temperaturen in den Kolben wurden glasbeschichtete Chip-Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizienten aus Silizium verwendet.

Datenerfassung mit MGCplus und catman®

Für die beschriebene Anordnung musste für jeden einzelnen Sensor eine Kalibrierkurve mit fünfzehn Messpunkten bis zu 350 °C erstellt werden. catman® konnte auf diese Kurven dann über Kalibrierdateien, so genannte "User Scaling Files" (USC) zugreifen. Die Software wurde auf lineare Interpolation der Bereiche zwischen den Kalibrierpunkten eingestellt.

Um Mahle Powertrain ein komplettes Bild liefern zu können, musste HBM jedoch noch eine Reihe weiterer Daten über das Messverstärkersystem MGCplus erfassen. Neben den grundlegenden Motordaten wie Drehmoment und Geschwindigkeit wurden auch Öltemperatur und Öldurchfluss gemessen. Diese Werte werden automatisch über ein Heizelement und ein Ventil eingestellt. Über die in catman® integrierten grafischen Echtzeit-Tools ließen sich die Messdaten klar und übersichtlich darstellen.

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