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Motoren - Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft
Motorok - jelen, múlt és jövő Dr.Demmelbauer-Ebner, Wolfgang
Leiter Technische Entwicklung AHM
2010.11.02.
2 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
► Vergangenheit (Múlt)
1. Einleitung
► Gegenwart (Jelen)
2. Die Diesel-Motoren
3. Die Otto-Motoren
► Zukunft (Jövő)
4. Globale Trends und Herausforderungen
5. Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
6. Zusammenfassung
Motoren - Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft
Inhalt
3 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Motoren - Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft
Inhalt
► Vergangenheit (Múlt)
1. Einleitung
► 1.1 Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor
► 1.2 Einsatzgebiete von Verbrennungsmotoren
► 1.3 Hauptkomponenten eines Motors
4 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
- 1860 Etienne Lenoir : erster
Verbrennungsmotor mit innerer
Verbrennung
- Kraftstoff: Leuchtgas
- ohne Verdichtung
- Eff. Wirkungsgrad: η=1-3 %
1. Einleitung
1.1 Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor
5 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
1867 N.A. Otto:
Goldmedaille auf der Pariser Weltausstellung
(η10 %)
Arbeitsdiagramm vom 1876
1. Einleitung
1.1 Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor
6 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
R. Diesel, 1878 Münchener Polytechnikum:
„ Untersuchen, ob diese Isotherme sich in
der Praxis verwirklichen läßt.“
(η=26 % !)
1. Einleitung
1.1 Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor
7 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
1883.
Gottlieb Daimler und Carl Benz
„Petroleum-Reitwagen“ mit 0,5 PS „Patent-Motorwagen“ mit 0,88 PS
1. Einleitung
1.1 Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor
8 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Wichtiger Beitrag aus Ungarn:
Der Vergaser von Bánki und Csonka
(1893)
1. Einleitung
1.1 Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor
9 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum 9
1897 Nesseldorf Präsident –
Erstes in Österreich-Ungarn gefertigtes Automobil
• 2-Zylinder Boxermotor
• Oberflächenvergaser
• Wasserkühlung
• Bosch Magnet Abreißzündung
• VH = 2750 cm3
• Pmax = 5 PS (3,7 kW)
• Vmax = 30 km/h
„Nesseldorf Präsident“
1. Einleitung
1.1 Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor
10 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum 10
1. Einleitung
1.1 Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor
Galamb József
Entwickler des ersten
Grosserienswagens „T-Modell”
und des Traktors „Fordson”
Henry Ford
Neue Maßstäbe im Maschienenbau:
Montage am Laufband
1908.
T modell
11 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum 11
„Innovation“ Anfang des 20. Jahrhunderts
Weltweit verkaufte Fahrzeuge 2009:
„Die weltweite Nachfrage nach
Kraftfahrzeugen wird 1 Million
nicht überschreiten …
allein schon aus Mangel an
verfügbaren Chauffeuren.“
Gottlieb Daimler, 1901
52,7 Mio.
1. Einleitung
1.1 Von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor
12 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Zivile Straßenfahrzeuge
PKW
LKW/Nutzfahrzeuge
öffentlicher Personenverkehr
1. Einleitung
1.2 Einsatzgebiete von Verbrennungsmotoren
13 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Kleinmotoren
Rasenmäher
Motorsägen
Modellbau
...
1. Einleitung
1.2 Einsatzgebiete von Verbrennungsmotoren
14 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
1. Einleitung
1.3 Hauptkomponenten eines Motors
Forgattyúsház
ZKG
Főtengely
Kurbelwelle
Hajtórúd
Pleuel
Dugattyú
Kolben
Vezérműtengely
Nockenwelle
Hengerfej
Zylinderkopf Otto und Diesel Motoren
Hauptkomponenten
15 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Zylinderkurbelgehäuse (ZKG)
Hauptaufgaben:
- Zylinderlaufbahn
- Schmierung/Ölversorgung/Kühlung
- Kurbelwellenlagerung/ Kraftübertragung
1. Einleitung
1.3 Hauptkomponenten eines Motors
16 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Kurbelwelle (KW)
Hauptaufgaben:
- Pleuelführung
- Kraftübertragung
- Massenausgleich
- Schmierung/Ölversorgung
1. Einleitung
1.3 Hauptkomponenten eines Motors
17 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Kolben mit Kolbenringen und
Kolbenbolzen
Hauptaufgaben:
- Abdichtung Brennraum
- Kraftübertragung auf Pleuel
- Wärmeabfuhr an Zylinderlaufbahn
1. Einleitung
1.3 Hauptkomponenten eines Motors
18 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Pleuel (gecrackt)
Hauptaufgaben:
- Ölversorgung Kolbenbolzen
- Kraftübertragung auf Kurbelwelle
1. Einleitung
1.3 Hauptkomponenten eines Motors
19 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Ventile/Ventiltrieb
Hauptaufgaben:
- Ladungswechsel steuern
- Abdichtung Gasraum
1. Einleitung
1.3 Hauptkomponenten eines Motors
20 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Nockenwellen und
Nockenwellenversteller
Hauptaufgaben:
- Steuerzeiten verändern
- Ventile betätigen Beispiel: Audi 5-Ventiltechnik V8 4,2l
1. Einleitung
1.3 Hauptkomponenten eines Motors
21 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Anbauteile - „kalte Seite“:
- Luftführung/ Saugrohr/Ladeluftkühler
- Einspritzsysteme
- Riementrieb
- Wasser- und Luftverschlauchung
1. Einleitung
1.3 Hauptkomponenten eines Motors
22 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Anbauteile - „heiße Seite“:
- Abgaskrümmer
- Turbolader
- Abgasrückführung
1. Einleitung
1.3 Hauptkomponenten eines Motors
23 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
► Vergangenheit (Múlt)
1. Einleitung
► Gegenwart (Jelen)
2. Die Diesel-Motoren
3. Die Otto-Motoren
► Zukunft (Jövő)
4. Globale Trends und Herausforderungen
5. Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
6. Zusammenfassung
Motoren - Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft
Inhalt
24 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
► Gegenwart (Jelen)
2. Die Diesel-Motoren
► 2.1 Geschichte der direkteinspritzenden Dieselmotoren
► 2.2 Vergleich der Einspritzsysteme
► 2.3 Aufbau und Komponenten der Audi-TDI-Motoren
► 2.4 Ausblick
Motoren - Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft
Inhalt
25 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
2. Die Diesel-Motoren
2.1 Geschichte der direkteinspritzenden Dieselmotoren
26 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
2. Die Diesel-Motoren
2.1 Geschichte der direkteinspritzenden Dieselmotoren Diesel Brennverfahren
Nebenkammerbrennverfahren
Vorkammer Wirbelkammer
Direkteinspritzung
Verteilereinspritzpumpe Common Rail Diesel Pumpe Düse (PD, UIS)
Verbrauchsvorteil der direkten Einspritzung > 15 %
27 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Otto-Anteil;
45%
Diesel-Anteil;
55%
2. Die Diesel-Motoren
2.1 Geschichte der direkteinspritzenden Dieselmotoren
Otto-Anteil;
65%
Diesel-Anteil;
35%
Aufteilung Fahrzeugproduktion Audi
2000 2010
28 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
2. Die Diesel-Motoren
2.2 Vergleich der Einspritzsysteme
TDI Otto
Vorteilen
von Diesel- gegenüber Otto-Motoren:
► höherer Wirkungsgrad
=> Sparsamkeit
► hoher effektiver Mitteldruck
=> hohes spezifisches Drehmoment
Nachteile
von Diesel- gegenüber Otto-Motoren
► grösseres Gewicht
► langsamere verbrennung => begrenztes
Drehzahl (max. ca. 5.000 1/min)
► geringere spezifische Leistung
Höhere Leistung ist erreichbar durch
► Drehzahlerhöhung
(bei bestimmtem Drehmoment)
oder durch
► Drehmomenterhöhung
(bei bestimmter Drehzahl)
Dieselmotoren sind in Drehzahl begrenzt
Leistungssteigerung nur durch
Drehmomenterhöhung möglich
29 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
2. Die Diesel-Motoren
2.3 Aufbau und Komponenten der Audi-Diesel-Motoren
Hauptmerkmale der modernen Dieselmotoren:
► DI-Verfahren mit optimierter Kolbenmulde
Direkt-befecskendezéses eljárás (CR vagy PD)
► 4V-Technik mit variabler Drallsteuerung
4 szelepes hengerfej nagy perdületi jellemzővel „ Drall”
► Aufladung und Ladeluftkühlung
Turbófeltöltés és töltőlevegő-visszahűtés
► Hochdruck-Einspritzung
Nagynyomású befecskendezés
► Voreinspritzung
Elő ”Pilot” –befecskendezés
► Elektronisches Motormanagement
Elektronikus motorvezérlés
► Thermomanagement
Kopfkühlung vom ZKG-Kühlung getrennt
30 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
2. Die Diesel-Motoren
2.3 Aufbau und Komponenten der Audi-Diesel-Motoren
Reduzierung der Abgasemissionen von Diesel-PKW
31 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
2. Die Diesel-Motoren
2.3 Aufbau und Komponenten der Audi-Diesel-Motoren Emission in verschiedenen Betriebspunkten
32 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
2. Die Diesel-Motoren
2.4 Ausblick ► CR verdrängt PD
► Multi - Injection
► Katalysator mit
Magerbetrieb
► Partikelfilter
► SCR-Kat (De-NOx)
Reduzierung
Emission und
Verbrauch
Abgasbehandlung
► Eliminierung
„Turboloch”
► Registeraufladung
► Mitteldruck erhöhen
Höhere
spezifische
Leistung
► Reduzierung von
Geräusch und
Vibrationen beim
Kaltstart
Komfort
33 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
► Vergangenheit (Múlt)
1. Einleitung
► Gegenwart (Jelen)
2. Die Diesel-Motoren
3. Die Otto-Motoren
► Zukunft (Jövő)
4. Globale Trends und Herausforderungen
5. Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
6. Zusammenfassung
Motoren - Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft
Inhalt
34 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
► Gegenwart (Jelen)
2. Die Diesel-Motoren
3. Die Otto-Motoren
► 3.1 FSI vs. MPI Technologie
► 3.2 V-Motorenfamilie
► 3.3 Otto Turbomotoren bei AUDI: T-MPI TFSI
► 3.5 Ausblick
Motoren - Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft
Inhalt
35 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
3. Die Otto-Motoren
3.1 FSI vs. MPI Technologie
Gemischaufbereitung des Ottomotors
Zentraleinspritzanlage.
Multi Point Injection
Einspritzer Vergaser
FSI Fuel Stratified Injection
(Benzindirekteinspritzung)
MPI
Multi Point Injection
36 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Vorteile und Nachteile FSI vs. MPI
Der DI-Ottomotor im Vergleich zum konventionellen Ottomotor
Ladungswechsel
Realgaseinfluß
Verdichtungsverhältnis
Wärmeübergang
mechanische Verluste
Verbrennungsablauf
unverbrannter Kraftstoff n = 2000
1/min
Pme = 2 bar
Quelle: Dr. Hohenberg, "Analyse der Gemischbildung und Verbrennung am DI-Ottomotor"
MPI
3. Die Otto-Motoren
3.1 FSI vs. MPI Technologie
37 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
3. Die Otto-Motoren
3.1 FSI vs. MPI Technologie
1990 1995 2005
Entwicklungshistorie der Direkteinspritzung (FSI):
2010
38 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
3. Die Otto-Motoren
3.1 FSI vs. MPI Technologie
0
2
4
6
8
10
12
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
homogen l<1
homogen l=1
Homogen mager
geschichtet
Drehzahl (1/min)
Eff
ek
tive
r M
itte
ldru
ck
(b
ar)
Geschichtetes Brennverfahren in der Teillast
(takarékosság)
(hohe Leistung)
Ziel: gleichsam sparsame und leistungsstarke Motoren
39 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
3. Die Otto-Motoren
3.1 FSI vs. MPI Technologie
Abgasnachbehandlung für FSI-Motoren mit Schichtladebetrieb:
40 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
3. Die Otto-Motoren
3.2 V-Motorenfamilie
Herausforderung:
Karosse grösser
Motorraum enger
In allen Bereichen muss auf Qualität und auf langen Lebensdauer
sehr geachtet werden, weil die Wartung und Teilewechsel
mühsam und kostspielig sind.
Technische Besonderheiten:
41 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
3. Die Otto-Motoren
3.2 V-Motorenfamilie
52
516 mm
464 mm
192 mm
ca. 656 mm
Technische Besonderheiten:
Audi V8-4,2-5V
Kettenmotor
Audi V8-4,2 -5V
Riemenmotor
Konkurrent V8
Relative Platzersparung:
Fahrtrichtung
42 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
3. Die Otto-Motoren
3.2 V-Motorenfamilie
Technische Besonderheiten:
V8-Otto V6-Otto
COP Trieb A
COP Trieb D
COP Otto
COP TDI Systemgleich
Zahnradtrieb V8 Otto / TDI
V8-Diesel V6-Diesel
Baukastenprinzip im Steuertrieb
43 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
3. Die Otto-Motoren
3.2 V-Motorenfamilie
Gebaute (hohle) Nockenwellen
Technische Besonderheiten:
Zylinderkopfschrauben
Rohr
Gehärtete Nocken
44 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
AUDI Turbomotoren: Entwicklung der spezifischen Leistung
► 1979 R5 Turbo 125 … 232 kW
► 1994 R4 5V Turbo 110 … 176 kW
► 1997 V6 BiTurbo 195 … 280 kW
► 2001 V8 BiTurbo 331 kW
► 2004 R4 2,0l 4V TFSI 147 … 162 kW
► 2006 R4 2,0l 4V TFSI 195 kW im S3
► 2007 R4 1,8l 4V TFSI 118 kW
0
20
40
60
80
100
120
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
sp
ezifis
ch
e L
eis
tun
g [
kW
/L]
R5 Turbo R4 5V Turbo
V6 5V BiTurbo R4 TFSI Gen. 1
V8 5V BiTurbo
R4 TFSI im S3
3. Die Otto-Motoren
3.3 Otto Turbomotoren bei AUDI: T-MPI TFSI
45 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
► 1979 R5 Turbo 125 … 232 kW
► 1994 R4 5V Turbo 110 … 176 kW
► 1997 V6 BiTurbo 195 … 280 kW
► 2001 V8 BiTurbo 331 kW
► 2004 R4 2,0l 4V TFSI 147 … 162 kW
► 2006 R4 2,0l 4V TFSI 195 kW im S3
► 2007 R4 1,8l 4V TFSI 118 kW
60
80
100
120
140
160
180
200
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
sp
ezifis
ch
es D
reh
mo
me
nt
[Nm
/L]
R5 Turbo R4 5V Turbo
V6 5V BiTurbo R4 TFSI Gen. 1
V8 5V BiTurbo
R4 TFSI im S3
AUDI Turbomotoren: Entwicklung des spezifischen Drehmoments
3. Die Otto-Motoren
3.3 Otto Turbomotoren bei AUDI: T-MPI TFSI
46 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
► 1979 R5 Turbo 125 … 232 kW
► 1994 R4 5V Turbo 110 … 176 kW
► 1997 V6 BiTurbo 195 … 280 kW
► 2001 V8 BiTurbo 331 kW
► 2004 R4 2,0l 4V TFSI 147 … 162 kW
► 2006 R4 2,0l 4V TFSI 195 kW im S3
► 2007 R4 1,8l 4V TFSI 118 kW
R4 1,8 TFSI 118 kW
60
80
100
120
140
160
180
200
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
spez. D
rehm
om
ent
bei 1500 r
pm
[N
m/L
]
R5 Turbo R4 5V Turbo
V6 5V BiTurbo R4 TFSI Gen. 1
V8 5V BiTurbo
3. Die Otto-Motoren
3.3 Otto Turbomotoren bei AUDI: T-MPI TFSI
AUDI Turbomotoren: Entwicklung des spez. Drehmoments bei 1500 rpm
47 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Instationärer Mitteldruckaufbau: Vergleich TFSI zu TMPI 20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Eff
ek
tive
r M
itte
ldru
ck
[b
ar]
Zeit [s]
0 1 2 3 4 5
1,8l 4V TFSI 118 kW
2,0l 4V TFSI 147 kW
1,8l 5V TMPI 110 kW
1,2 s
1,6 s
Deutliche Verbesserung des
dynamischen Verhaltens
3. Die Otto-Motoren
3.3 Otto Turbomotoren bei AUDI: T-MPI TFSI
48 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Verbrauchsentwicklung
7
8
9
10
11
MV
EG
-Verb
rau
ch
[l/100km
] Premium Fahrzeuge
A4-Klasse
1.8 T
2.0 TFSI
V6/R6
R4/R5 aufgel.
2.0 TFSI
1.8 TFSI
1.8 T 2.0 TFSI
Gen.3
mittleres Radmoment (1500 ÷ 5500 rpm) im 6. Gang
3. Die Otto-Motoren
3.4 Ausblick
49 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Technologie Gen. 2
Technologieentwicklung R4 TFSI Gen. 2
Grundmotor:
► Reibungsoptimierung
- variable Ölpumpe,
Brennverfahren
► Mehrlochventile
► optimierte variable
Ladungsbewegung
Aufladung:
► Benchmark-ATL
- optimierter Verdichter
- optimierte Turbine
► Optimierung Ladungswechsel
durch Variabilitäten
Technologie Gen.1
1,8 L : umgesetzt bei R4-1,8L-118 kW, Markteinführung 2007
Grundmotor:
► 4V RSH Zylinderkopf
► AGW (bei 1,8L mit Höhenversatz)
► Strukturoptimierung
Brennverfahren
► Benzindirekteinspritzung TFSI
► Tumbleklappen
► Mehrfacheinspritzung
► MLV, 150 bar Raildruck (1,8 L)
Aufladung:
► Integralmodul aus Krümmer u. ATL
mit strömungsopt. Gasführung
► Optimiertes Turbinenlaufrad
► Ladungswechselopt. (1,8L)
3. Die Otto-Motoren
3.4 Ausblick
50 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Entwicklung OTTO / DIESEL
B-Klasse Fahrzeug mit 150 ÷ 200 PS Motorisierung
60
80
100
120
140
1985 1990 1995 2000 2005 2010Jahr
rel. V
erb
au
ch
[%
] 1.8T TFSI
Gen1 TFSI
Gen3
100
150
200
250
1985 1990 1995 2000 2005 2010Jahr
rel.F
ah
rleis
tun
g [
%]
Fahrzeuge:
~1400kg
TFSI
Gen1
1.8T 2.3 Sauger
TFSI
Gen3
rel. Fahrleistungen: - 70% Drehmoment
- 30% Nennleistung
Otto
Diesel
3. Die Otto-Motoren
3.4 Ausblick
51 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
► Vergangenheit (Múlt)
1. Einleitung
► Gegenwart (Jelen)
2. Die Diesel-Motoren
3. Die Otto-Motoren
► Zukunft (Jövő)
4. Globale Trends und Herausforderungen
5. Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
6. Zusammenfassung
Motoren - Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft
Inhalt
52 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
4. Ausblick - Globale Trends und Herausforderungen
Konsequenzen der weltweit wachsenden Mobilität
Belastung durch Emissionen
Verstärkung des Treibhauseffektes
Endlichkeit fossiler Ressourcen
Drohender Verkehrskollaps
in Ballungszentren
Zugang zu preiswerter Mobilität
auch für Schwellenländer
Drastische Senkung durch weltweit
verschärfte Emissionsgesetze
Weltweite CO2-Standards
Steigende Rohölpreise
Beschränkung im innerstädtischen
Bereich
Billigstfahrzeuge
Globale Herausforderungen Rahmenbedingungen
Konzern Entwicklung Aggregate, VW AG Wolfgang Hatz
53 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Belastung durch Emissionen
Drastische Senkung durch weltweit
verschärfte Emissionsgesetze
Globale Herausforderungen Rahmenbedingungen
Emissionen:
ZEV-Regulierung (Cal LEV II)
CO2/Verbrauch:
CAFE (US-Bund) Incentives für
FFV
GHG (Cal +
Anwenderstaaten):
Verschärfung auf Niveau ACEA
140 g/km CO2
NAR (USA)
LAM (Brasilien) & SA
Emissionen:
Euro 6 (Herausforderung
Diesel)
CO2/Verbrauch:
CO2-Regulierung EU-Flotte
Europa
China RdW (Indien, Russland)
Emissionen:
Indien: Vergleichbar mit EURO
2 und EURO 3 (EURO 4 für
Großstädte ab 4/2010)
Herausforderung
Kraftstoffqual.
Russland: Direkte Umsetzung
EURO 4 ab 2009
Emissionen:
PL4/PL5 (ab 2009 auf EURO-
3-Niveau)
Diesel für Pkw verboten
(Ausnahmen für bestimmte
SUVs)
Emissionen:
Ab 2010 landesweit EURO 4
äquivalente Vorgaben (u.a. in
Shanghai u. Peking schon ab
2008)
Herausforderung
Kraftstoffqual.
Verbrauch:
Standards in Gewichtsklassen
(Verschärfung ab 2008)
Japan
Emissionen:
TRIAS-Emissionsrichtlinie
Dieselstandards (vergleichbar
mit Euro 6)
CO2/Verbrauch:
„Top-Runner“ verkaufs- und
gewichtsklassenbezogene
Zielwerte, orientiert an den
Klassenbesten
Qu
ell
e:
Be
hö
rden
un
d V
ors
ch
rift
en
EA
M/2
,
fett
ged
ruck
t =
bed
eu
ten
dste
Vo
rga
ben
Globale Trends und Rahmenbedingungen ► Konsequenzen der weltweit wachsenden Mobilität
4. Ausblick - Globale Trends und Herausforderungen
Konsequenzen der weltweit wachsenden Mobilität
54 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Globale Herausforderungen Rahmenbedingungen
Endlichkeit fossiler Ressourcen
Steigende Rohölpreise
1970 1975 1980 1990 1995 2000 2005
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1985 2010
???
4. Ausblick - Globale Trends und Herausforderungen
Konsequenzen der weltweit wachsenden Mobilität
55 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Drohender Verkehrskollaps
in Ballungszentren
Beschränkung im innerstädtischen
Bereich
Globale Herausforderungen Rahmenbedingungen
4. Ausblick - Globale Trends und Herausforderungen
Konsequenzen der weltweit wachsenden Mobilität
56 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Drohender Verkehrskollaps
in Ballungszentren
Beschränkung im innerstädtischen
Bereich
Globale Herausforderungen Rahmenbedingungen
4. Ausblick - Globale Trends und Herausforderungen
Konsequenzen der weltweit wachsenden Mobilität
57 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
► Vergangenheit (Múlt)
1. Einleitung
► Gegenwart (Jelen)
2. Die Diesel-Motoren
3. Die Otto-Motoren
► Zukunft (Jövő)
4. Globale Trends und Herausforderungen
5. Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
6. Zusammenfassung
Motoren - Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft
Inhalt
58 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Mögliche Energiequellen
Erdöl, Erdgas, Kohle Kernenergie Wasser, Wind, Sonne Biomasse
Benzin,
Diesel
CNG,
LNG
Methanol
Wasserstoff
CH / LH
Batterie-
Speicher
Bio-
Kraftstoffe
Methanol
Synthese
Wasserstofferzeugung
Erzeugung elektrischer
Energie
Synthese
Methanol
Konverter Brennstoff zelle
Elektromotor Verbrennungsmotor Hybrid-system
Erschöpfliche Energiequellen Regenerative Energiequellen
59 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
CNG LPG
BiodieselFlexFuel /
E85 / E100
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Angebot alternativer Kraftstoffe weltweit
60 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Erste Generation
• Biodiesel (Raps)
• Ethanol (Weizen, Zuckerrüben)
• hohes CO2 Minderungspotential
• kein Eingriff in die Nahrungskette
• hohe Hektarerträge
Zweite Generation
• SunFuel (Biomass to Liquid, Choren)
• Zellulose Ethanol (Iogen)
Konzern Entwicklung Aggregate, VW AG Wolfgang Hatz
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Charakterisierung unterschiedlicher biogener Kraftstoffe
61 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
„Konventionelle“ Biokraftstoffe „Zukünftige“ Biokraftstoffe
Sourc
e: JR
C/E
UC
AR
/CO
NC
AW
E
Ethanol
(Getreide,
Zuckerrüben)
Biodiesel
(Raps)
HVO
Vegetable
Oil
Biogas Ethanol
(Stroh)
BtL
(Pflanzenreste)
CO
2-R
ed
uk
tio
ns
po
ten
tia
l W
TW
[%
] 5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
CO2-Reduktionspotential ausgesuchter Biokraftstoffe
62 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum 62
184 Modelle ≤ 130 g CO2/km
Volkswagen Effizienz-Modelle
184 Modelle
≤ 130 g CO2/km
100 Modelle
≤ 120 g CO2/km
17 Modelle
≤ 100 g CO2/km
So
urc
e:
EA
-CO
2
off
ice
, sta
tus M
arc
h 3
1st 2
010
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Zukunftsweisendes Motoren-/Getriebekonzept
63 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Reibung Grundmotor
Audi valvelift system FSI Brennraum
Down Sizing
Leichtbau-komponenten
Aufladung Twin Charger
Hochdruck-einspritzung
Abgasnach-behandlung
Schaltbare Nebenaggregate
Ölkreislauf
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Technische Highlights auf dem Weg zu noch größerer Effizienz
64 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
2.0 TFSI – mit Audi valvelift system (2008) 2.0 TFSI - (2004) 1.8 TMPI - (2001)
Konzern Entwicklung Aggregate, VW AG Wolfgang Hatz
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Audi Valvelifts System - Drehmomentverläufe
65 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
75%
80%
85%
90%
95%
100%
-5%
-5%
konventionell
Audi valvelift
system
Reib- leistung
FSI mit
allen Maßnahmen
Verbrauch NEFZ [%]
-5%
FSI Direkt-
einspritzung
- Verschiedene Maßnahmen
Konzern Entwicklung Aggregate, VW AG Wolfgang Hatz
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Verbrauchsersparnis durch Audi Valvelifts System
66 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Touareg 3.0 l V6 TSI® Parallel Hybrid
Engine 3.0 l V6 TSI®
Engine power 245 kW (279 kW)
0 - 100 km/h 6.5 sec
Highspeed 240 km/h
Consumption 8.2 l/100km*
Emissions 195 g CO2/km*
Engine power 34 kW
Torque 300 Nm
Electric motor Parallel hybrid
Capacity 1.7 kWh
Weight 64 kg
Range up to
2 kilometers
Battery Nickel-Metal-
Hydride
Transmission 8-speed automatic
* NEDC
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Vom Verbrennungsmotor zur Elektrifizierung
67 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
►VKM
µ-/Mild-
Hybrid
Range
Extender
Brenn-
stoffzelle
Elektro-
Fahrzeu
g
Plug-in
Hybrid
Full
Hybrid
VKM
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Vom Verbrennungsmotor zur Elektrifizierung
68 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
µ-/Mild-
Hybrid
Plug-in
Hybrid
Full
Hybrid
Range
Extender
Brenn-
stoffzelle
Elektro-
Fahrzeug
VKM
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Vom Verbrennungsmotor zur Elektrifizierung
69 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
µ-/Mild-
Hybrid
Range
Extender
Brenn-
stoffzelle
Elektro-
Fahrzeug
Plug-in
Hybrid
Full
Hybrid
VKM
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Vom Verbrennungsmotor zur Elektrifizierung
70 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
µ-/Mild-
Hybrid
Range
Extender
Brenn-
stoffzelle
Elektro-
Fahrzeug
Plug-in
Hybrid
Full
Hybrid
VKM
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Vom Verbrennungsmotor zur Elektrifizierung
71 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
µ-/Mild-
Hybrid
Range
Extender
Brenn-
stoffzelle
Elektro-
Fahrzeug
Plug-in
Hybrid
Full
Hybrid
VKM
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Vom Verbrennungsmotor zur Elektrifizierung
72 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
µ-/Mild-
Hybrid
Range
Extender
Brenn-
stoffzelle
Elektro-
Fahrzeug
Plug-in
Hybrid
Full
Hybrid
VKM
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Vom Verbrennungsmotor zur Elektrifizierung
73 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
µ-/Mild-
Hybrid
Range
Extender
Brenn-
stoffzelle
Elektro-
Fahrzeug
Plug-in
Hybrid
Full
Hybrid
VKM
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Vom Verbrennungsmotor zur Elektrifizierung
74 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Hochvoltleitungen
E-
Bremskraftverstärker
Klima
Vernetzung der Komponenten
Heizung
Leistungselektronik E-Motor und
Getriebe
Traktionsbatterie
und
Batteriemanagemen
t
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Das Elektrofahrzeug ist mehr als nur Batterie und Elektromotor
75 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum * Verbrauch: 15,7 kWh/100 km (NEFZ)
Well-to-Wheel CO2-Emissionen Golf TDI BlueMotion (99g CO2/km)
Well-to-Wheel CO2-Emissionen eines
Golf BEV* bei Stromerzeugung aus:
Strommix
Diesel 111 g
Braunkohle
Steinkohle
Heizöl
188 g
171 g
145 g
Erdgas 98 g
Nuklear 6 g
Grüner Strom (hier: Windenergie) 1 g
Strommix EU 2007
Strommix EU 2020 71 g
88 g
Strommix China 2007 179 g
CO2-Emissionen/km
Kohle
Öl
Gas
Nuklear
Wasser
Wind
Sonstige Erneuerbare
3 %
4 %
31 %
3 %
22 %
28 %
9 %
1 % 1 % 2 %
<1 %
<1 %
EU 2007
China 2007
15 %
81 %
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Well-to-Wheel-Vergleich: Die Herkunft des Stroms entscheidet
76 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Koexistenz der Antriebstechnologien
CO2-neutrale
Mobilität
Elektrotraktion konventionelle Elektrizität
konventionelle Kraftstoffe
Verbrennungsmotor
CO2-neutrale
Elektrizität
CO2-neutrale
Kraftstoffe
(flüssig, gasförmig)
5. Ausblick - Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
Nachhaltige Mobilität
77 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
► Vergangenheit (Múlt)
1. Einleitung
► Gegenwart (Jelen)
2. Die Diesel-Motoren
3. Die Otto-Motoren
► Zukunft (Jövő)
4. Globale Trends und Herausforderungen
5. Volkswagen Aggregate- und Kraftstoffstrategie
6. Zusammenfassung
Motoren - Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft
Inhalt
78 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
6. Ausblick - Zusammenfassung
Adaptive Antriebskonzepte individueller Mobilität
79 Dr. Demmelbauer-Ebner, W., G/GE Datum
Zusammenfassung und Ausblick
Verbrennungsmotoren bestimmen auch zukünftig zu fast 100% die Antriebstechnik
Drive-Studie (McKinsey) prognostiziert für 2020 einen Hybrid-anteil von 3 -14 % für Europa
und 6 - 30 % für Nordamerika
Verbrennungsmotoren dominieren auch künftig maßgeblich CO2-Bilanz und Wirtschaftlichkeit
von Volkswagen
Alternative Kraftstoffe (CNG / LPG / Ethanol) finden vermehrt und mit regional hohem Anteil
Einsatz
Serienreife Brennstoffzellenfahrzeuge gewinnen erst nach 2020 an Bedeutung
6. Ausblick - Zusammenfassung
Ausblick auf die nächsten 10 Jahre