Entwicklung-Effiziente Dieselantriebe 5 Bilder Zoom
Foto: Andreas Wolf, Delphie

Effiziente Dieselantriebe

Diesel unter Hochdruck

Durch strengere Emissionsvorschriften verändern sich Einspritzsysteme und Motorsteuerung an allen Ecken und Enden. Mit komplexen Prüfständen und neuer Messtechnik rüstet sich Zulieferer Delphi für den Dieselantrieb von morgen.

Früher war alles einfacher: Die Reiheneinspritzpumpe beförderte beim Direkteinspritzer den Kraftstoff zum richtigen Zeitpunkt über den entsprechenden Zeitraum in den ungeteilten Zylinderbrennraum – das war’s. Die im gegenüber dem Vorkammermotor etwas höheren Verbrennungsgeräusche spielten keine große Rolle.
Inzwischen ist die Dieseltechnik erheblich komplexer geworden. "Auf allen wichtigen Märkten der Welt gelten zunehmend strengere Emissionsregelungen. Das erfordert fortschrittliche Einspritzsysteme und -strategien", erklärt John Fuerst, Vizepräsident Antriebsentwicklung bei Delphi. Um von der rasch voranschreitenden Entwicklung der Dieseltechnik nicht abgehängt zu werden, hat der Zulieferer in sein Technikzentrum im englischen Gillingham bei London kräftig investiert. Mit neuen Test- und Entwicklungskapazitäten will Delphi Diesel-Einspritzsysteme entwickeln, die Emissionen und Betriebskosten von Nutzfahrzeugantrieben weiter senken.

Komplex und Teuer

Der Entwicklungsaufwand ist groß, die Betriebs-, aber auch die Produktionsbedingungen sind empfindlich. Schon kleinste Fehler wie der Einschluss eines Staubkorns in der Produktion können dazu führen, dass eine Einspritzdüse vorzeitig aufgibt. Auch die Kraftstoffpumpen, die Diesel durch die Hochdruckleitungen pressen, sind inzwischen sensible Hightech-Bauteile. Dieseltechnik wird dadurch komplex und teuer.
Am Standort in Gillingham beschäftigt Delphi 790 Mitarbeiter. 290 Mitarbeiter arbeiten in der Fertigungsanlage für Dieselinjektoren, rund 500 Ingenieure sind am benachbarten Technikzentrum angestellt. Sie kooperieren mit den Experten von zwei weiteren Delphi-Standorten in Großbritannien, dem Park Royal in London und den Test- und Entwicklungseinrichtungen in Stonehouse/Gloucestershire. Laut John Fuerst verfügt das Technikzentrum in Gillingham seit Kurzem über eine Vielzahl neuer, weiterentwickelter Prüfstände und Testsysteme, die detaillierte Einblicke in die Einspritzsysteme von Lkw und Bussen ermöglichen. Delphi nutzt sie in Zusammenhang mit der Ergänzung der Testzyklen für Dieselmotoren durch die RDE-Zyklen (Real Driving Emissions), die künftig auch für leichte Nutzfahrzeuge und Pkw gelten sollen.

Die RDE-Prüfung ist zweiter Bestandteil der Typprüfung. "Das heißt, die auf der Straße ermittelten Verbrauchswerte basieren auf deutlich anspruchsvolleren Lastwechsel-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofilen", sagt ­Fuerst. Details der Regelung für leichte Nutzfahrzeuge und Pkw bezogen auf die Fahrkonditionen und Umwelt-Randbedingungen sowie die Konformitätsfaktoren für den Übertrag vom WLTC auf die RDE-Messung werden derzeit in Brüssel verhandelt. Auch dadurch dürfte sich der Aufwand für die Entwicklung neuer Motor- und Abgasreinigungskonzepte erheblich vergrößern. Bleibt abzuwarten, wie sich die Kosten entwickeln und wie sich der finanzielle Aufwand auf Zulieferer, Fahrzeughersteller und Kunden verteilen wird.

Man stößt auch an Grenzen

Spannend ist auch, wie sich die Dieseltechnik zum Einhalten strengerer Emissions-Grenzwerte auf Laufleistung und Reparaturanfälligkeit der Aggregate auswirken wird. Risiken entstehen besonders bei einer weiteren Erhöhung der Einspritzdrücke und durch unterschiedliche Kraftstoffqualitäten.

Klar ist, dass nur wenige Werkstoffe solche Belastungen aushalten. Viele Motorenentwickler sind sogar davon überzeugt, dass die Entwicklung am Ende der Möglichkeiten des Materials angekommen ist. Hingegen ist sich John Fuerst sicher: "Unsere aktuelle Technologieplattform wird die Anforderungen bis ins nächste Jahrzehnt kostengünstig und langlebig erfüllen."

Ein kritischer Punkt, besonders bei Nutzfahrzeugen, ist auch die Kraftstoffeffizienz, die zu strengeren Emissionsvorschriften teilweise im Zielkonflikt steht. Auf den neuen Prüfständen in Gillingham will Delphi unter anderem RDE-Testzyklen simulieren. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse dienen dem Konzern als Grundlage, um bis zum Jahr 2020, wenn die künftige US-Emissionsgesetzgebung für leichte Nutzfahrzeugmotoren und Pkw in Kraft tritt, verbrauchsreduzierende Einspritztechnologien zu entwickeln. Mit steigender Zahl der Einspritzungen pro Arbeitszyklus wird die Taktung und Dosierung immer schwieriger.

Im Testzentrum in Gillingham stehen zwölf voll ausgestattete Motor-Leistungsprüfstände. Ergänzt werden sie durch 90 weitere Prüf­einrichtungen, davon sind 60 auf Dauerlauf-Erprobungen ausgelegt.

Komplett neuer Leistungsprüfstand für transiente Fahrzustände

Auf den neuesten Stand gebracht hat Delphi verschiedene Messtechniksysteme und 25 Anlagen zur Produktvalidierung. Komplett neu sind ein Leistungsprüfstand für transiente Fahrzustände und ein Prüfstand mit Messtechnik für hydraulische Systeme. Mit dem Hydraulik-Prüfstand erprobt Delphi Einspritzsysteme für Sechszylindermotoren mit Einspritzdrücken bis zu 3.000 bar. Einspritzdrücke in dieser Größenordnung seien ausreichend, um alle in den kommenden Jahren zu erwartenden Emissionsgrenzwerte zu erfüllen, sagt John Fuerst. Gleichzeitig muss sich jedoch die Zahl der Einspritzvorgänge pro Arbeitstakt erhöhen. Die Schwierigkeit dabei: Nehmen die Einspritzungen pro Arbeitstakt zu, werden die Pausen dazwischen naturgemäß immer kürzer. "Jede Einspritzung ist sehr klein und exakt zu bemessen. Dafür sind äußerst genau arbeitende Ventile nötig", erklärt Fuerst.

Ein entsprechender Einspritzvorgang dauert dann eben mal 200 Millisekunden, die Kraftstoffmenge, die durch die Leitung fließt, wiegt kein halbes Milligramm. Mit der neuen Prüf- und Messtechnik will Delphi analysieren, welche Einflüsse die dabei ablaufenden hydraulischen und elektrischen Prozesse auf die Kraftstoffpumpe, das Common Rail und die Injektoren haben.

"Bits und Bytes statt Stickoxid und Partikel"

Veränderte Einspritzvorgänge fordern ebenso eine entsprechend angepasste Motorsteuerung. "Ändern sich die gesetzlichen Emissionsvorgaben, kann der jewei­lige Fahrzeughersteller dies sehr einfach mit Software-Updates realisieren", versichert John Fuerst. Nach der Devise "Bits und Bytes statt Stickoxid und Partikel" setzen die Motorenentwickler auf Closed-Loop-Regelkreise und Sensoren, die die Einspritzung in Echtzeit verändern.

Darüber hinaus sind unterschiedliche Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf den einzelnen Märkten der Welt zu berücksichtigen. Auch sie können die neuen Testeinrichtungen am Delphi-Standort in Gillingham abbilden. Nur so seien lokale Emissionsgrenzwerte und länderspezifische Kalibrations­varianten in den Griff zu bekommen, meint John Fuerst.

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Andreas Wolf lastauto omnibus

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Datum

3. August 2015
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