Die WK-Potenzial-Initiative

Auch im Jahr 2030 werden laut einer Studie von McKinsey noch mehr als 70 Prozent aller Kraftfahrzeuge einen Verbrennungsmotor haben. Das WK Potenzial OptiVent soll einen Beitrag zur Effizienzsteigerung von Ottomotoren leisten. Dabei liegt der Schwerpunkt auf einer neuartigen Ventilsteuerung, die durch ein elektrohydraulisches Konzept mehr Freiheitsgrade als konventionelle Ventiltriebsysteme bietet. In klassischen Motoren erfolgt die Ventilansteuerung über mechanisch gekoppelte Nockenwellen unter Verwendung einer Drosselklappe zur Leistungssteuerung des Motors. Neue theoretische Modelle und Simulationen zur Ventilansteuerung von Verbrennungsmotoren sollen nun zu einem variablen Ventilsystem für Ottomotoren mit unabhängig voneinander ansteuerbaren Ventilen sowie entsprechenden Sensoren weiterentwickelt werden. Nach der Entwicklung einer variablen Ventilsteuerung für einen Serienmotor als Versuchsmodell in der zweijährigen Projektphase können auf Basis dieser Technologieplattform für eine Vielzahl von Anwendungen angepasste Lösungen entwickelt werden. Mögliche Kunden sind alle Hersteller und Anwender von Viertakt-Ottomotoren. Das sind neben der Kraftfahrzeugindustrie auch Hersteller von Bau- und Arbeitsmaschinen bis hin zu Bootsmotoren und Kleingeräten, wie Rasenmähern und Motorsägen.

Die Ziele

Die elektrohydraulische, vollvariable Ventilsteuerung stellt eine neue Basis zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs dar. Das „OptiVent-Verfahren“ ermöglicht den Wegfall der Drosselklappe und somit das Ansaugen von Frischluft aus der Atmosphäre. Diese „Entdrosselung“ wirkt sich einerseits positiv auf den Startvorgang (Anlassen) des Motors aus, da das Anlassdrehmoment durch die reduzierte Ladungswechselarbeit und Kompression im Verdichtungstakt deutlich verringert werden kann. Auf der anderen Seite ist eine Verbrauchsreduktion im Teillastbereich durch den drosselfreien Betrieb zu erwarten. Der Einsatz einer Hydraulik zur Steuerung des Ventiltriebsystems ermöglicht zusätzlich eine Rekuperation in Phasen des Schubbetriebs.

Zusammenfassend lassen sich folgende Ziele formulieren:
 

• Kraftstoffverbrauchssenkung von Ottomotoren (Ladungswechseloptimierung, Zylinderabschaltung)
• Verbesserung der Energiebilanz beim Starten von Verbrennungsmotoren (erweitertes Start-Stopp-System)
• Wirkungsgradverbesserung von Hybridaggregaten durch Gewinnung hoher und kurzzeitig auftretender Rekuperationsraten
• Steigerung des Wirkungsgrades vorhandener Hydraulikanlagen in Nutz- und Baufahrzeugen sowie Arbeitsmaschinen durch gezielte hydraulische Rekuperation von Antriebsenergie
• Vereinfachung des Startens motorbetriebener Kleingeräte

Die Projekte

Der Kern des Vorhabens ist die Entwicklung und der Aufbau eines Versuchsmotors, zur Grundlagenforschung und Verifizierung der oben genannten Ziele. Dazu wurden regionale Unternehmen und Hochschulen in das Projekt eingebunden. Die definierten Teilgebiete und -aufgaben sind folgende:
 

• Potenzialabschätzung des „OptiVent-Verfahrens“ und wissenschaftliche Begleitung des Projekts sowie Bereitstellung der notwendigen Technik für Entwicklung und Prüfung (Prüfstand) des neuartigen Ventiltriebsystems (WHZ)
• Untersuchungen und Simulation der physikalischen Abläufe beim „OptiVent-Verfahren“ in den Gebieten Energiebilanz Start-Stopp, Rekuperation und Mitlauf des Verbrennungsmotors ohne Kompression in der Rekuperationsphase (TU Chemnitz)
• Bereitstellung und Umsetzung von Sensorkonzepten für die Regelung des Systems (GPI GmbH)
• Entwicklung eines Rekuperationskonzeptes mit hydraulischen Energiespeicher (AMR Hydraulik GmbH)
• Machbarkeit der Umsetzung einer variablen Ansteuerung des Auslassventils durch Hydraulikanlagen bei verschieden Anforderungen an Verbrennungsmotoren (Herold Maschinenbau GmbH)
• Entwicklung von Regelungsmechanismen für das elektrohydraulische Ventiltriebsystem (Fusion Systems GmbH)

Die Partner

• Westsächsische Hochschule Zwickau (WHZ) Institut für Antriebstechnik
• TU Chemnitz – Institut für Physik
• GPI – Gesellschaft für Prüfstanduntersuchungen und Ingenieurdienstleistungen mbH
• AMR Hydraulik GmbH
• Herold Maschinenbau GmbH
• Fusion Systems GmbH, Technologie Centrum Chemnitz

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Jörn Getzlaff
Dekan der Fakultät Kraftfahrzeugtechnik
Professur für Antriebstechnik und Fahrzeugkonzepte
Institut für Fahrzeug- und Antriebstechnik

Besucheradresse:
Campus Scheffelstraße
Gebäude 2, R 2212

Postadresse:
Westsächsische Hochschule Zwickau
Fakultät für Kraftfahrzeugtechnik
PF 201037
08012 Zwickau

Tel.: 0375 536-3440
Fax: 0375 536-3393
E-Mail: joern.getzlaff[at]fh-zwickau.de
 

Berichterstattung aus dem "Blickpunkt" finden Sie hier.


Laufzeit: 01.08.2012-31.07.2014