MAHLE Downsizing-Demonstrator

Bis weit in das nächste Jahrhundert wird die Effizienz von Verbrennungsmotoren den Energieverbrauch und damit die CO2-Emissionen im Verkehr entscheidend bestimmen. Ein wesentliches Instrument zur Steigerung der Energieeffizienz sind immer kompaktere Motoren, sogenannte Downsizing-Konzepte, in denen High-Tech-Entwicklungen den geringeren Hubraum und die reduzierte Zylinderzahl kompensieren.

Durch Downsizing lassen sich insbesondere in den normierten, zyklusrelevanten Betriebspunkten deutlich verbesserte Verbrauchswerte erreichen. Daneben können sich aber auch Nachteile im Realbetrieb ergeben. MAHLE hat daher den Realverbrauch eines Fahrzeugs mit selbst entwickeltem Downsizingmotor bei unterschiedlichen Straßen- und Fahrertypen ermittelt. Aus den Ergebnissen lassen sich Potenziale von Technologien zur weiteren Absenkung des Kraftstoffverbrauchs sowohl im Norm-Zyklus als auch im Realbetrieb ableiten.

Das Downsizing, insbesondere von Ottomotoren, hat sich vor allem in Europa bereits stark durchgesetzt. Es spielt aber auch eine wichtige Rolle in den anderen stark wachsenden Marktregionen. Die Technologie trägt entscheidend dazu bei, die CO2-Grenzwerte, die über Norm-Zyklen bemessen werden, einzuhalten. Möglich wird das durch die Verschiebung der Lastpunkte in Bereiche niedrigeren spezifischen Kraftstoffverbrauchs – also hin zu hohen Lasten.

Die dabei wachsenden spezifischen Leistungen und Mitteldrücke bergen aber auch Nachteile: Neben der Höherbelastung von Bauteilen, wirken sich insbesondere längere Volllastfahrten und stark transienter Betrieb weniger positiv auf den realen Kraftstoffverbrauch aus.

Um beispielsweise die thermische Belastung der Bauteile einzudämmen, muss teils verstärkt Kraftstoff zur Kühlung eingespritzt werden. Im transienten Betrieb steht durch den geringeren Hubraum weniger saugmotorisches Grunddrehmoment zur Verfügung. Das muss in der Applikation vorgehalten werden, um den Hochlauf des Abgasturboladers zu beschleunigen. Auch hieraus ergibt sich ein Kraftstoffmehrverbrauch.

Abhängig von Fahrzeugtyp (zum Beispiel Masse), Motorisierung und Fahrertyp resultieren im Realbetrieb beim Endkunden teilweise sehr hohe Diskrepanzen zwischen Norm- und Realverbrauch. MAHLE untersucht daher unterschiedliche komplementäre Technologien, um bei extremen Downsizing-Motoren auch den Realverbrauch weiter deutlich zu reduzieren.

Im MAHLE Downsizing-Demonstrator-Fahrzeug ist ein selbst entwickelter und produzierter Dreizylinder-Ottomotor verbaut. Die technischen Daten des Motors und des Fahrzeugs sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst

Technische Daten des MAHLE Downsizing-Motors und des Demonstrator-Fahrzeugs

MAHLE Downsizing-Motor
Bauart Reihen-Dreizylinder-Ottomotor, Turboaufladung,
Direkteinspritzung, vier Ventile pro Zylinder
Hubraum [l] 1,2
Bohrung / Hub [mm] 83,0 / 73,9
Verdichtungsverhältnis9,3:1
Leistung [kW] 120 zwischen 5.000 und 6.000 1/min
Max. Drehmoment [Nm] 286 zwischen 1.600 und 3.500 1/min
AbgasturboladerBosch Mahle Turbo Systems (BMTS), einstufiger Abgasturbolader
Gewicht [kg] 125 (trocken)
MAHLE Demonstrator-Fahrzeug
Gewicht [kg] 1.575
Kraftstoffverbrauch NEFZ [l/100km] 5,8
CO2-Emissionen NEFZ [g/km] 135
Beschleunigung 0-100 km/h [s] 8,7
Beschleunigung 80-120 km/h [s] 8,9 (5. Gang)
Höchstgeschwindigkeit [km/h] 213
EmissionsstufeEuro 5 (Euro 6 vorgehalten)

Die Analyse nach Straßen- und Fahrertyp liefert hierbei wichtige Erkenntnisse und bestätigte, dass insbesondere die Fahrweise sehr großen Einfluss auf die Kraftstoffverbrauchswerte hat. Die teilweise erheblichen Abweichungen vom Normverbrauch lassen sich über verbrauchsoptimierende Technologien reduzieren. Die ausgewerteten Daten ermöglichen MAHLE die gezielte Weiterentwicklung von Komponenten und Systemen zur weiteren Kraftstoffverbrauchsreduktion – sowohl in den Normzyklen, als auch im realen Fahrbetrieb.

Zu den Technologien, die MAHLE derzeit zur weiteren Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei modernsten Verbrennungsmotoren erforscht und entwickelt, zählen beispielsweise die gekühlte Abgasrückführung, das gezielte Thermomanagement, die Reibleistungsreduzierung sowie die Elektrifizierung von Nebenaggregaten und die Optimierung der Turboaufladung. Die daraus resultierenden neuen Produkte werden den Fahrzeugherstellern helfen, die zukünftigen Ziele zur Reduzierung der CO2-Emissionen zu erfüllen.

Das Downsizing-Demonstrator-Fahrzeug hat eindrücklich und im realen Fahrbetrieb bewiesen, dass modernste Verbrennungsmotoren signifikante Kraftstoffverbrauchspotenziale bieten. Um sie voll abrufen zu können, bedarf es aber neben einer entsprechenden Fahrweise auch einer Vielzahl innovativer Produkte und Technologien von MAHLE.