Probe aufs Exempel: Der MAHLE Downsizing Motor

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Mit dem MAHLE Demonstratormotor als Technologieträger lässt sich zeigen, dass Downsizingraten von bis zu 50 % heute schon kurzfristig möglich sind – und damit Verbrauchseinsparpotenziale, die bei 30 % und darüber liegen können.

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In dem MAHLE Demonstratormotor arbeiten modernste Technologien aus allen Bereichen des Unternehmens – von der Fertigung des gewichtsoptimierten Grundmotors über den variablen Ventiltrieb und die Abgasrückführung bis zum Thermomanagement und zu optimierten Nebenaggregaten.

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Das derzeitige spezifische Leistungsniveau des MAHLE Demonstratormotors (blaue Kurve) für effektives Downsizing liegt bereits weit über demjenigen aktueller Ottomotoren mit Abgasturboaufladung (Stand: Mitte 09).

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Stuttgart, September 2009 – Mit einem kompakten, hoch aufgeladenen Dreizylinder-Ottomotor demonstriert MAHLE das Potenzial seiner Technologien. Tests des 1,2 l Aggregats zeigen, dass Downsizing-Raten von bis zu 50 Prozent möglich sind.

Besonders der Ottomotor profitiert von der Hubraumverkleinerung (Downsizing), weil ein kleinerer Motor häufig in einem höheren Lastbereich betrieben wird – und dort ist der Wirkungsgrad der ottomotorischen Verbrennung besser als bei niedrigen Lasten. Um das kurzfristig nutzbare Potenzial aufzuzeigen und die Einzelmaßnahmen im Gesamtsystem zu bewerten, hat MAHLE einen 1,2 l Ottomotor als Technologieträger entwickelt. Mit bis zu 144 kW Leistung und 287 Nm Drehmoment hat er das Zeug dazu, einen Motor mit dem doppelten Hubraum zu ersetzen. Dabei ist der MAHLE Motor extrem sparsam: Basierend auf den Verbrauchswerten ergab die Simulation des Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) für ein Fahrzeug mit 1,6 t Gewicht ein Potenzial zur Verbrauchsabsenkung in Höhe von mehr als 30 Prozent im Vergleich zu dem 2,4 l Referenzmotor.

Für die Entwicklung und die Fertigung des Demonstrator-Motors hat MAHLE das Know-how der gesamten Unternehmensgruppe gebündelt. Die gewichtsoptimierten, filigranen Strukturen von Zylinderkopf, Motorblock und Ölpumpe beispielsweise wurden mit dem MAHLE COSCAST®-Verfahren für Aluminiumguss in der geforderten Qualität realisiert.

Wegen der hohen thermischen Belastung durch die Abgasturboaufladung wurde zum einen ein besonders wirkungsvolles Kühlkonzept mit Querstromkühlung des Zylinderkopfes entwickelt, zum anderen kommen hoch leistungsfähige Beschichtungen und Werkstoffe für zahlreiche Komponenten zum Einsatz. Um den Gesamtwirkungsgrad des Motors zu optimieren, arbeitet die Kühlung mit einem bedarfsgerechten Thermomanagement.

Vor allem zwei MAHLE Schlüsseltechnologien machen den Motor leistungsstark, sauber und sparsam:

Variabler Ventiltrieb
Der Demonstrator-Motor ist in Vierventiltechnik mit zwei oben liegenden Nockenwellen ausgeführt. Die Ventilsteuerzeiten lassen sich über Phasensteller auf der Ein- und Auslassseite unabhängig voneinander verstellen. Rollenschlepphebel mit geringer Reibung steigern die Effizienz des Ventiltriebs ebenso wie das niedrige Gewicht, die kleinen bewegten Massen und der geringe Verschleiß der mit Natriumfüllung gekühlten MAHLE Leichtbauventile.

Abgasrückführung
Der Demonstrator-Motor ist mit einer gekühlten Abgasrückführung (AGR) für AGR-Raten von bis zu 15 Prozent ausgerüstet. Dies senkt die Verbrennungsspitzentemperatur, sodass der Motor geringere NOx-Mengen emittiert. Durch Wegfall der Volllastanfettung und die Entdrosselung in der Teillast sinkt der Verbrauch. Der Motor erfüllt die Abgasgrenzwerte gemäß EURO 5.

Abgasturboaufladung
Heute gibt es den Demonstrator-Motor in zwei Versionen: Für die Leistungsklasse von 100 bis zu 120 kW gibt es eine Ausführung mit einstufiger Abgasturboaufladung. Seine höchste Leistung erreicht der Demonstrator-Motor in der Ausführung mit zweistufiger Aufladung. Hier sind zwei Abgasturbolader hintereinander geschaltet.

Das Turbinengehäuse des ATL der Hochdruckstufe ist in den Krümmer integriert. Auch hier wird die Turbine direkt aus einem Auslasskanal angeströmt. Die Hochdruckstufe spricht schon bei niedrigen Drehzahlen an und übernimmt die Verdichtung bis zu einer Motordrehzahl von 2.500 U/min. Oberhalb dieser Grenze beaufschlagt ein Bypassventil zwischen Abgaskrümmer und Niederdruck-ATL den Niederdruck-ATL mit dem kompletten Abgasstrom. Der zweite Lader übernimmt damit im gesamten restlichen Drehzahlbereich bis zur Motorhöchstdrehzahl von 7.000 U/min die Aufladung. Das Verdichtergehäuse des Hochdruck-ATL (auf der Luftseite) verfügt über ein Druckregelventil.

Schneller elektrischer Wastegate-Steller serienreif
Ein seit kurzem von MAHLE eingeführter elektrischer Wastegate-Steller – erstmalig in einer Serienanwendung – ermöglicht eine schnelle Regelung des Turboladers. Dadurch verbessert sich das Ansprechverhalten, weil das sogenannte Turboloch vermieden wird. Zusätzlich wird der Kraftstoffverbrauch gesenkt, weil der Abgasgegendruck immer möglichst niedrig gehalten werden kann.

Mit den bisherigen pneumatischen Stellern war die Regelgeschwindigkeit dafür zu langsam und es konnte auch nur geregelt werden, wenn der nötige Ladedruck zur Verfügung stand. Der neue Steller durchläuft innerhalb von 80 Millisekunden den gesamten Stellbereich.

Mit dem elektrischen MAHLE Wastegate-Steller ist nun erstmals ein kostengünstiges, schnelles und präzises Stellelement verfügbar, das von den anliegenden Drücken unabhängig das Wastegate steuern kann. Zusätzlich kann damit die Ladungswechselarbeit verringert werden und bis zu vier Prozent Kraftstoffersparnis sind erreichbar.


Der MAHLE Konzern zählt zu den 30 größten Automobilzulieferern und ist der weltweit führende Hersteller von Komponenten und Systemen für den Verbrennungsmotor und dessen Peripherie. MAHLE beschäftigt rund 45.000 Mitarbeiter an über 100 Produktionsstandorten und in acht Forschungs- und Entwicklungszentren. 2008 erzielte MAHLE einen Umsatz von über 5 Mrd. EUR (7,3 Mrd. USD).