FG Fahrzeugtechnik und -antriebe
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Bremsanhänger dienen dem Test von Kühlsystemen, deren Komponenten, Klimaanlagen oder auch zur Applikation verschiedener Anforderungen aus Motor-, Getriebe- oder Fahrzeugsteuerungen. Dieser Beitrag zeigt ein neues Konzept, mit dem der Komfort bei Versuchsfahrten deutlich gesteigert werden kann. Gleichzeitig kann die Einsatzdauer auch bei hohen Umgebungstemperaturen sichergestellt werden. Im Folgenden wird gezeigt, wie dies umgesetzt wurde und wie sich der BA6500.1 somit von der Konkurrenz abgrenzt.
Die durch Abwärmenutzung erzeilbaren Kraftstoffverbrauchsverringerungen sind im sehr niedrigen einstelligen Prozentbereich angesiedelt und außerdem stark betriebspunktabhängig. Für den Gesetzgeber sind die Zulassungszyklen relevant, in Europa und weiten Teilen der Schwellenländer der NEFZ, in den USA der FTP75. Diese sind für den Fahrzeughersteller ebenfalls hinsichtlich der Inverkehrbringung eines Fahrzeuges verbindlich, allerdings auch hinsichtlich aller offiziellen Verbrauchs- und Emissionsangaben. Diese weichen teilweise erheblich von dem ab, was der kunde im alltag feststellt. In diesem Beitrag werden NEFZ und FTP75 mit dem realen Kundenverhalten aus eigenen Feldversuchen und aus Recherchen verglichen. Insbesondere die Generierung von Abwärme, deren Temperaturniveaus und die sich daraus ergebenden Nutzungsaspekte werden näher betratchtet.
Wie holt man den Berg in die Ebene? Bremsanhänger dienen zur Erzeugen definierter Bremskräfte an Kraftfahrzeugen, wodurch Fahrversuche mit hoher Last bei geringen Geschwindigkeiten möglich werden. TU Cottbus und Westfalia Trailer Systems haben den Bremsanhänger BA 10 k zur Entwicklung, Applikation und Verifizierung aller Komponenten des Antriebsstrangs moderner Kraftfahrzeuge konzipiert, der mit wassergekühltem 250-kW-Synchrongenerator Anhängelasten oder Bremskräfte bis 10kN erlaubt.
Der Verbrennungsmotor als Fahrzeugantrieb ist aktuell und auch weiterhin in naher Zukunft der lieferant für die mechanische Antriebsenergie. Trotz Fortschritten auf dem Gebiet des Wärmemanagements wird immer noch, besonders in Teillast, ein nicht unerheblicher Teil der zugeführten Energie in Wärme umgewandelt, die ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. In diesem Beitrag wird gezeigt, welche Randbedingungen an aktuellen Verbrennungsmotoren speziell Ottomotoren für eine mögliche Wärmenutzung durch Thermoelektrische Generatoren vorherrschen. Besonders die unterschiedlichen Betriebszustände mit ihren daraus resultierenden stark differierenden Temperatur- und Energieniveaus werden aufgzeigt. Diese sind wesentliche Grundlage für die Auslegung von Thermogeneratoren.
Das Wärme- und Energiemanagement nimmt eine zentrale Rolle bei der intelligenten Organisation des steigenden Energiebedarfes bei gleichzeitig sinkendem Energieangebot im Fahrzeug ein. In diesem Band stellen Experten aus Industrie und Forschung neue Methoden und aktuelle Entwicklungen vor und ermöglichen dadurch einen interessanten Einblick in Lösungsansätze des Wärmemanagements. Dabei wird sowohl über verbesserte und neuartige Komponenten als auch über Optimierungsstrategien berichtet. Die Vorstellung von Berechnungsverfahren und -anwendungen rundet diese Themenpalette ab.
Um den Kraftstoffverbrauch zu senken, hält seit vielen Jahren eine zunehmende Integration elektrischer Aktuatoren in den Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen Einzug. Auch das Kühlsystem des Verbrennungsmotors ist hiervon betroffen. Um die Einsparungen zu verwirklichen, muss eine intelligente Algorithmik - in diesem Zusammenhang als Wärmemanagement bezeichnet - die bedarfsgerechte Ansteuerung der Kühlsystem-Aktuatoren sicherstellen. Auf Grund der erforderlichen Flexibilität der Regellogik und der anwachsenden Diversifizierung des Fahrzeugportfolios nehmen die Freiheitsgrade in Form von Steuergeräteparametern stetig zu, wodurch auch deren Kalibrieraufwand kontinuierlich ansteigt. Infolgedessen ist die Applikation der Parameter mit dem herkömmlichen, empirisch geprägten Vorgehen kaum noch zu bewältigen.
In der vorliegenden Arbeit werden Werkzeuge, Methoden und Prozesse vorgestellt, mit deren Hilfe die Themenfelder des Wärmemanagements zeitsparend und kostengünstig kalibrierbar sind. Dabei wird gegenüber dem herkömmlichen Vorgehen die hochwertige Applikationsgüte nochmals verbessert.
Ein wesentlicher Teil der Zeit- und Kosteneinsparungen wird durch die Verlagerung des Applikationsumfangs von der Straße auf den Prüfstand erzielt, wodurch ein automatisierter Messprozess ermöglicht wird. Für die Automatisierung werden die aus der Steuergeräteapplikation bekannten Elemente der Prüfablaufplanung auf die Besonderheit am Klimawindkanal erweitert. Dies betrifft insbesondere die Bausteine Messpunktesortierung, Systemstabilisierung sowie Verstell- und Limitstrategie.
Eine weitere Effizienz- und Qualitätssteigerung wird realisiert, indem bei der Bearbeitung der Applikationsaufgaben auslegungsrelevante Betriebspunkte in Verbindung mit einem methodischen Applikationsansatz gewählt werden. Hierbei kommen die Werkzeuge der modellbasierten Offline-Optimierung bzw. der virtuellen Applikationsstrategie zum Einsatz.
Eine umfassende Bewertung des erarbeiteten Applikationsprozesses belegt, dass sich die hohe Güte der Kalibrierung auch im breit gefächerten realen Fahrzeugbetrieb nachweisen lässt.
In der Notwendigkeit einer weiteren Verbrauchssenkung in den vorgeschriebenen Fahrzyklen ist die Ottomotorenentwicklung aktuell auf eine zunehmende Steigerung der spezifischen Leistung durch Direkteinspritzung und Aufladung gerichtet. Trotz der resultierenden erheblichen Zunahme der mechanischen und thermischen Belastung des Kolbens, muss dessen Dauerhaltbarkeit durch intelligente Kühlkonzepte auch zukünftig sichergestellt werden. Darüber hinaus sind in Teillastbereichen durch eine reduzierte Kolbenkühlung noch zusätzliche Wirkungsgradpotentiale zu erschließen. Entscheidend dafür ist die genaue Kenntnis der thermischen Randbedingungen am Kolben zur Bestimmung der Bauteiltemperaturen.
Während auf der Verbrennungsseite schon gut validierte Methoden zur Simulation des Wärmeeintrags existieren, ist die Modellierung der Wärmeabfuhr noch mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Die Ursache liegt in den bisher nur unzureichend analysierten Wärmeübergangsverhältnissen an der Kolbeninnenkontur und Lauffläche, die sich bisher sowohl infolge des komplexen Charakters der Zweiphasenströmung der Spritzölkühlung, als auch aufgrund der starken Ringdynamik im Motorbetrieb einer detaillierten Analyse entzogen haben. Durch Einsatz der numerischen Strömungsmechanik zur Berechnung der Ölspritzkühlung und eines Matlab basierten Programms zur Bestimmung der Wärmeübergangsverhältnisse an der Kolbenseite, werden im Rahmen dieser Arbeit die thermischen Randbedingungen präzisiert und führen damit zu genaueren Kenntnissen des instationären und mittleren Wärmeflusses durch den Kolben und in die Zylinderbuchse. Diese Randbedingungen erlauben es nun, lastpunktabhängig Kolben- und Buchsentemperaturverteilungen simulativ zu bestimmen und schaffen die Grundlage zur präzisen mechanischen und thermischen Auslegung des Grundmotors.
Kraftstoffverbrauch
(2012)
In diesem Beitrag wird die Kühlsystemregung um eine vorausschauende, das Fahrerverhalten und die Fahrzeugumgebung berücksichtigende Komponente erweitert. Grundgedanke ist die Ausnutzung der thermischen Trägheiten von Bauteilen und Fluiden, um die mittleren Bauteiltemperaturen anzuheben, ohne die serienmäßigen Spitzentemperaturen zu überschreiten. Mit dem vorausschauenden Regeler konnten sigifikante Verbrauchsverringerungen nachgewiesen werden, di ohne zusätzliche Sensoren/Aktoreb realisiert werden können. Verwendet wurde dafür ein Ottomotor mit Saugrohreinspritzung.
Multifunktionale Kraft-Wärme-Kopplung in einer Fahrzeuganwendung (ACG) am Beispiel eines Traktors
(2008)
Kraftstoffverbrauch
(2007)
Abstract:Zur Erfüllung der gesetzlichen Vorgaben und der Kundenwünsche hinsichtlich Kraftstoffverbrauch, Abgasemissionen, Funktionalität, Fahrleistungen und Komfort sind zunehmend komplexere Entwicklungsaufgaben zu lösen. Diese bestehen oft aus mehreren einzelnen Maßnahmen, deren jeweilige Vor- und Nachteile zur Abstimmung eines Gesamtpaketes bekannt sein müssen.Insbesondere bei der Beurteilung der CO2-Effekte von Wärmemanagementmaß-nahmen sind sehr genaue Auflösungen der Bilanzierungen im doppelt instationären Betrieb und die Identifizierung von Wechselwirkungen einzelner Maßnahmen wichtige Bausteine für das Erreichen der Entwicklungsziele.Für die grundsätzliche und schnelle Beurteilung des Wärmemanagementverhaltens von Motoren und Antriebssträngen wird ein Basismeßprogramm vorgestellt, daß ei-nen breiten Bereich des späteren Einsatzes im Fahrzeug abdeckt und Optimie-rungspotentiale aufdeckt. Die dabei zu beachtenden Besonderheiten im doppelt instationären Motorbetrieb bei verschiedenen Umgebungsbedingungen bzgl. Meßtechnik und Beurteilung der Me-ßergebnisse werden für Untersuchungen auf Motorenprüfständen, Rollenprüfstand und auf der Straße gegenübergestellt. Dabei stehen insbesondere die erreichbaren Genauigkeiten bzw. die Reproduzierbarkeit im Fokus und somit auch in gewisser Hinsicht die mögliche Aussagekraft von Simulationen zu Wärme- und Energiemanagementmaßnahmen.
Kraftstoffverbrauch
(2005)
Kraftstoffverbrauch
(2002)