Die Elektrifizierung wird einen signifikanten Einfluss auf die Entwicklung zukünftiger Verbrennungsmotoren nehmen. Dies betrifft sowohl die Technologie der Verbrennungsmotoren, aber auch die Entwicklungsmethodik, die für die Darstellung elektrifizierter Antriebssysteme erforderlich ist. Insbesondere die Festlegung, welchem der Antriebsstrangelemente (Verbrennungsmotor - Getriebe - E-Motor - Batterie - Steuerung / Regelung) welcher Aufwand zuzuordnen ist, wird zu einer ganz entscheidenden Aufgabe künftiger Antriebsstrangentwicklungen. Am Verbrennungsmotor bedingt die Elektrifizierung sowohl direkte (z.B. entsprechende konstruktive Modifikationen für die Anbringung elektrifizierter Komponenten) als auch indirekte Änderungen (geänderte Betriebsweise des Verbrennungsmotors durch Einsatz elektrischer Zusatzsysteme). Dabei ergibt sich eine sehr breite Anwendungspalette von elektrischen Komponenten. Mit einer Fülle unterschiedlicher Hybridisierungen wird der Betriebsbereich des Verbrennungsmotors verstärkt in den Bereich besten Motorwirkungsgrades verlagert und emissionsungünstige Bereiche reduziert. Insbesondere beim Ottomotor ergibt sich dadurch eine geänderte Bewertung von Zusatztechnologien. Typische Teillastbrennverfahren wie z. B. HCCI, Schichtladekonzepte aber auch vollvariable Ventiltriebe sowie variable Verdichtung verlieren an Anwendungseffizienz, Maßnahmen für verbessertes Hochlastveralten wie Miller/Atkinson- Cycle sowie externe, gekühlte Abgasrückführung gewinnen an Bedeutung. Die umfassendsten Auswirkungen der Elektrifizierung auf den Verbrennungsmotor ergeben sich jedoch beim seriellen Range Extender. Hier erlaubt die Einschränkung des verbrennungsmotorischen Betriebes auf den Bereich besten Verbrauchs nicht nur eine deutliche Vereinfachung des Verbrennungsmotors sondern auch die Anwendung von Verbrennungsmotorkonzepten die für einen Einsatz im gesamten Motorkennfeld nur bedingt geeignet sind (z.B. Wankelmotor).
The electrification will have a significant impact on the development of new passenger car powertrains. This will be relevant both for the ICE (Internal Combustion Engine) technology, but also for the methodology required for the efficient development of electrified powertrains. Especially the definition, which effort will be allocated with the respective base powertrain elements - ICE, transmission, E-motor, energy storage and controls - is most crucial for future powertrain developments. The electrification will have both a direct impact (respective design modifications to mount the electric parts) and an indirect impact on the ICE (operation mode of the ICE changed due the electric components). The most simple approach is the application of electric actuators improving the control of parameters relevant for ICE performance. The electrification of auxiliaries enables demand controlled power setting resulting in reduced power losses. The huge variety of hybridization concepts not only influences the design details of the ICE, but also the technology concept and the base power requirement of the ICE. As with increasing degree of hybridization, the operation range of the combustion engine is shifted towards the higher load regime, fuel economy technologies which are specifically addressing part load - as HCCI, stratified charge or fully variable valve actuation - are diminishing their application effectiveness. Measures for improving high load efficiency like Miller / Atkinson cycle or cooled external EGR, however, are gaining importance. The most extreme impact of electrification on the ICE is represented by a pure serial Range Extender. The consequent limitation of ICE operation towards the optimum range enables not only a simplification of the ICE (e.g.: elimination of variability) but also allows the application of ICE technologies which would not be competitive if operated in the whole engine map (e.g.: Rotary Engine).
Zukünftige Verbrennungsmotoren im Umfeld der Elektrifizierung
Future internal combustion engines in the sphere of electrification
2012
28 Seiten, 20 Bilder, 8 Quellen
Conference paper
German
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