Leichtbau, Funktionsintegration und Reibungsreduktion - der Grundmotor im Spannungsfeld zwischen Kosten und CO_2-Optimierung

摘要

Die signifikante Reduktion des Kraftstoffverbrauchs beziehungsweise der CO_2 Emissionen ist der bestimmende Treiber fur die weltweite PKW Antriebsstrangentwicklung. Die Elektrifizierung des Antriebsstranges ist zur Erfullung zukunftiger Verbrauchsziele nicht mehr wegzudenken, wobei die Verbrennungskraftmaschine bei allen stuckzahlrelevanten Antriebskonzepten auch weiterhin ein Schlusselelement darstellen wird. Die Herausforderung fur die Motorentwickler besteht dabei in der weiteren Effizienzsteigerung unter steigendem Kostendruck. Der durchgangige Trend zu Turboaufladung und Direkteinspritzung, sowie die unklare Prognose der Stuckzahlverteilung der Verbrennungskonzepte und Forderungen nach flexibler Lokalisierung lassen eine einheitliche Familienarchitektur mit Gleichteile- und Gleichbearbeitungskonzept zur Lastenheftforderung fur zukunftige Otto- und Dieselfamilien werden. Schlusselkriterien sind dabei konsequenter Leichtbau sowie die Optimierung des mechanischen Wirkungsgrades durch Reibungsreduktion und bedarfsgeregelte Aggregatesteuerung. Eine hohe Funktionsintegration bei gleichzeitiger Modulbildung stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Reduktion der Komplexitat des Antriebsaggregats sowie zur Minimierung der Packageabmessungen dar. Die Auswirkungen auf die Komponentenkosten als auch auf die Umsetzbarkeit bei begrenzten Investitionsaufwanden unter bestehenden Rahmenbedingungen in der Fertigung sind wesentliche Entscheidungskriterien fur die Einfuhrung neuer Technologien. Gezielte Leichtbaukonzepte sowie Konzepte mit kostengunstigen Giessverfahren bieten auch an den Motorhauptkomponenten erhebliches weiteres Potential. Am Kurbelgehause stehen Funktionsintegration sowie extreme Dunngusskonzepte mit Eisenwerkstoffen im Wettbewerb mit Aluminiumkonstruktionen. Am Zylinderkopf bietet eine modulare Architektur Chancen fur den erweiterten Einsatz von kostenoptimiertem Druckguss. Im Beitrag werden die wesentlichen Potentiale am Grundmotor hinsichtlich Auslegung und Architektur, Reibung, Wirkungsgrad, Gewicht und Kosten identifiziert und in einer Kosten/Nutzen-Betrachtung im Hinblick auf CO_2-Reduktion bewertet.