ATZ / MTZ-Fachbuch Die komplexe Technik heutiger Kraftfahrzeuge und Motoren macht einen immer größer werdenden Fundus an Informationen notwendig, um die Funktion und die Arbeitsweise von Komponenten oder Systemen zu verstehen. Den raschen und sicheren Zugriff auf diese Informationen bietet die regelmäßig aktualisierte Reihe ATZ/MTZ-Fachbuch, welche die zum Verständ nis erforderlichen Grundlagen, Daten und Erklärungen anschaulich, systema- tisch und anwendungsorientiert zusammenstellt. Die Reihe wendet sich an Fahrzeug- und Motoreningenieure sowie Stud ierende, die Nach- schlagebedarf haben und im Zusammenhang Fragestellungen ihres Arbeitsfeldes verstehen müssen und an Professoren und Do zenten an Universitäten und Hochschulen mit Schwer- punkt Kraftfahr zeug- und Motorentechnik. Sie liefert gleichzeitig das theoretische Rüstzeug für das Verständnis wie auch die Anwendungen, wie sie für Gutachter, Forscher und E ntwicklungsingenieure in der Automobil- und Zulieferindust rie sowie bei Dienstleistern benötigt werden. Wolfgang Siebenpfeiffer (Hrsg.) Energieeffiziente Antriebstechnologien Hybridisierung – Downsizing – Software und IT Mit 238 Abbildungen und 16 Tabellen Herausgeber Wolfgang Siebenpfeiffer Stuttgart, Deutschland ISBN 978-3-658-00789-8 ISBN 978-3-658-00790-4 (eBook) DOI 10.1007/ 978-3-658-00790-4 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalb ibliographie; detaillierte bibliographische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de a brufbar. Springer Vieweg © Springer Fachmedien Wiesbaden 2013 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht aus- drücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspei- cherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk be- rechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Springer Vieweg ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist ein Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media www.springer-vieweg.de V Vorwort Die Fahrzeug- und Motorenentwicklung hat in der den Fokus und werden durch Ökobilanzen betrachtet. zweiten Dekade dieses Jahrhunderts infolge gesetz- Der Einfluss der Elektronik auf die Komponenten- und lich verordneter CO-Senkungsmaßnahmen bisher Gesamtfahrzeugentwicklung hat stark zugenommen. 2 ungewöhnliche Fortschritte erreicht. Daher sieht es Umso mehr ist der Umgang mit der Komplexität der der Verlag Springer Vieweg als seine Pflicht an, die in einzelnen Systeme derzeit und zukünftig eine große den Fachmedien ATZ Automobiltechnische Zeit- Herausforderung. schrift, MTZ Motortechnische Zeitschrift und ATZ- Wer sich ein Bild über die Entwicklungstrends für die elektronik aktuell dokumentierten Forschungs- und Mobilität auf unseren Straßen verschaffen möchte, Entwicklungsarbeiten mit diesem ATZ/MTZ-Fach- der wird aus der Lektüre dieses ATZ/MTZ-Fachbuches buch einem größeren und interessierten Publikum in vielfachen Nutzen ziehen können. Eine weltweit einer Auswahl vorzustellen. steigende Nachfrage nach angemessenen Mobilitäts- Mit dieser fundierten Übersicht erhalten Sie einen lösungen wird den Wettbewerb unter den Antriebs- Einblick in alle Teilgebiete des Kraftfahrzeugbaus, die systemen weiter anheizen. Eine Antwort auf die einen entscheidenden Einfluss auf die Reduzierung Frage, welche Systeme sich durchsetzen und wie die des Energieverbrauchs ausüben und damit zur Sen- Zukunft des Verkehrs aussehen könnte, wird Ihnen kung der CO-Emissionen beitragen. Schwerpunkte jedenfalls nach der Betrachtung der Inhalte dieses 2 bilden neue Fahrzeug- und Motorisierungskonzepte Fachbuchs nicht mehr schwerfallen. mit dem Ziel, durch intelligenten Leichtbau und effi- zientere Verbrennungsmotoren weitere Potenziale zu Stuttgart, Dezember 2012 nutzen. Alternative Antriebssysteme, wie Hybrid- und Wolfgang Siebenpfeiffer batterieelektrische Antriebe, kommen zunehmend in VI Autorenverzeichnis „Bilanzen müssen vergleichbar werden“ Dipl.-Ing. René Göbbels Interview mit Prof. Dr.-Ing. Markus Lienkamp ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Geschäfts- Prof. Dr.-Ing. Markus Lienkamp bereich Karosserie des Instituts für Kraftfahrzeuge hat die Leitung des Lehrstuhls für Fahrzeugtechnik (ika) der RWTH Aachen University. an der TU München. Zudem leitet er dort das Wissenschaftsz entrum Elektromobilität. Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Roland Wohlecker Prof. Lienkamp ist wissenschaftlicher Berater des ist Teamleiter Strukturanalyse und Benchmarking TUM-Create-Forschungsprojekts „Electromobility der Forschungs gesellschaft Kraftfahrwesen mbH in Megacities“ in Singapur. Aachen (fka) in Aachen. Interview: Stefan Schlott Fotos: Matthias Haslauer Entwicklung eines heckgetriebenen 800-V-Elektrofahrzeugs Das Lebenszyklus-Konzept von Volkswagen Dr.-Ing. Armin Engstle Dr. Jens Warsen ist Principal Engineer im Bereich Elektromobilität ist zuständig für Umweltbilanzen und Umwelt- der AVL Software and Functions in Regensburg. prädikate in der Abteilung Umwelt Produkt der Volkswagen-Konzernforschung in Wolfsburg. Dipl.-Ing. Mathias Deiml ist Leiter der Entwicklung VCU und E-Motor Dr. Stephan Krinke Controls bei der AVL Software and Functions ist Leiter der Abteilung Umwelt Produkt bei der in Regensburg. Volkswagen-Konzernforschung in Wolfsburg. Dipl.-Ing. Martin Schlecker ist Principal Engineer im Bereich Elektromobilität Energie- und Nachhaltigkeits aspekte von der AVL Software and Functions in Regensburg. Antrieben Dr. Willibald Prestl Dipl.-Ing. Anton Angermaier ist Teamleiter Energie für nachhaltige Mobilität im ist Segmentleiter des Bereichs Elektromobilität bei Arbeitsgebiet Effiziente Dynamik bei der BMW AG der AVL Software and Functions in Regensburg. in München. Dr. Volkmar Wagner Entwicklung eines CFK-Leichtbau rads mit ist Teamleiter Nachhaltigkeit im Arbeitsgebiet integriertem Elektromotor Nachhaltigkeit, Werkstoffe und Betriebsfestigkeit Dipl.-Ing. Nicole Schweizer bei der BMW AG in München. ist wissenschaftliche Mitarbeiterin im Kompetenz- center Betriebsfester Leichtbau des Fraunhofer LBF in Darmstadt. Benchmarking des Elektrofahrzeugs Mitsubishi i-MiEV Dipl.-Ing. Andreas Giessl Univ.-Prof. Dr.-Ing. Lutz Eckstein war wissenschaftlicher Mitarbeiter im Kompetenz- ist Leiter des Instituts für K raftfahrzeuge (ika) center Betriebsfester Leichtbau des Fraunhofer der RWTH A achen University. LBF in Darmstadt und arbeitet jetzt bei Kayser Automotive Systems in Einbeck. Autorenverzeichnis VII Dipl.-Ing. Oliver Schwarzhaupt Kann man mit dem Luftwiders tandsb eiwert die ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Kompetenz- Batteriekosten senken? center Betriebsfester Leichtbau des Fraunhofer LBF Prof. Dr.-Ing. Jochen Wiedemann in Darmstadt. ist Mitglied des Vorstands des Forschungsinstitut FKFS und leitet den Lehrstuhl Kraftfahrwesen des Instituts für Verbrennungsmotoren und Kraftfahr- Elektrisches Hybridgetriebe für vielerlei wesen (IVK) an der Universität Stuttgart. Anwendungen Dr.-Ing. Heinz Schäfer Dipl.-Ing. Andreas Wiesebrock ist Geschäftsführer von Hofer Electronic Drive ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Systems in W ürzburg. Fahrzeugtechnik und Fahrdynamik am IVK der Universität Stuttgart. Das Siebengang-Mild-Hybrid-Getriebe Henrik Heidorn 7HDT500 ist wissenschaftliche Hilfskraft am IVK der Dr.-Ing. Ingo Steinberg Universität Stuttgart. ist Plattform-Direktor für Doppelkupplungsgetriebe bei Getrag Ford Transmissions in Köln. Elektrisch angetriebener Minibus für den ÖPNV Dipl.-Ing. Erik Müller Dipl.-Ing. Felix Töpler ist Senior-Manager Doppelkupplungsgetriebe bei ist wissenschaftlicher Angestellter im Geschäfts- Getrag Ford Transmissions in Köln. bereich Antrieb am Institut für Kraftfahrzeuge der RWTH Aachen. Dipl.-Ing. Peter Dahl ist Senior-Manager Konstruktion bei Getrag Ford Univ.-Prof. Dr.-Ing. Lutz Eckstein Transmissions in Köln. ist Leiter des Instituts für K raftfahrzeuge der RWTH Aachen. Optimiertes Klimaanlagensystem Dipl.-Ing. Gerrit Geulen für erhöhte Reichweite von Elektrofahrzeugen ist wissenschaftlicher Angestellter im Geschäfts- Changwon Lee bereich Elektronik am Institut für Kraftfahrzeuge ist leitender Forschungsingenieur und Bauteil- der RWTH Aachen. manager im Bereich Thermal Management Systems bei Hyundai Motor Company in Seoul (Korea). Dipl.-Ing. Jérôme Homann ist wissenschaftlicher Angestellter und Teamleiter Jungho Kwon Konstruktion und P rototyping Antrieb bei der ist Forschungsingenieur im Bereich Thermal fka Forschungs gesellschaft Kraftfahrwesen Management Systems bei Hyundai Motor Company Aachen mbH. in Seoul (Korea). Youngrok Lee Energiemanagement für Nutzfahr zeuge der ist Forschungsingenieur im Bereich Thermal nächsten Generation Management Systems bei Hyundai Motor Company Tobias Töpfer, M. Sc. in Seoul (Korea). ist Entwicklungsingenieur im Fachbereich Nutz- fahrzeuge mit dem Schwerpunkt Gesamtsysteme/ Jaehyun Park Alternative Antriebe bei der IAV GmbH in Berlin. ist Forschungsingenieur im Bereich Thermal Management Systems bei Hyundai Motor Company in Seoul (Korea). VIII Energieeffiziente Antriebstechnologien Dr.-Ing. Lars Henning 2,0-l-Biturbo-Dieselmotor von Opel ist Entwicklungsingenieur im Fachbereich Diesel- mit Zweistufen-Ladeluftkühlung entwicklung mit dem Schwerpunkt Antriebs- Dr.-Ing. Jens Wartha management bei der IAV GmbH in Berlin. ist Chefingenieur und Projektleiter 2,0-l-Dieselmotor bei GM Powertrain Europe in Turin (Italien). Dr.-Ing. Peter Eckert ist Teamleiter für Thermodynamik/Analytik im Dr. Fredrik Westin Fachbereich Nutzfahrzeuge bei der IAV GmbH in ist Senior-Freigabeingenieur für zweistufige Turbo- Berlin. lader bei GM Powertrain Europe in Turin (Italien). Dr.-Ing. Jörn Seebode Dipl.-Ing. (FH) Alexander Leu ist Abteilungsleiter für Gesamtsysteme/Thermo- ist Gruppenleiter Verbrennungs kalibrierung bei dynamik im Fachbereich Nutzfahrzeuge bei der der Adam Opel AG in Rüsselsheim. IAV GmbH in Berlin. Ing. Mirco de Marco ist Systemingenieur 2,0-l-Dieselmotor bei Batteriepackage des E-Scooter-Konzepts GM Powertrain Europe in Turin (Italien). von BMW Motorrad Dr. Christian Ebner ist Fahrzeugprojektleiter im Bereich urbane Der neue 1,1-l-Dreizylinder-Dieselmotor Mobilität bei BMW Motorrad in München. von Hyundai Kyung Won Lee Kaspar Danzer ist Teilemanager für Pkw-Diesel motoren im ist Baureihenleiter im Bereich urbane Mobilität Engineering-Design-Team bei der Hyundai bei BMW Motorrad in München. Motor Company in Seoul (Südkorea). Christoph Platz Kyoung Ik Jang ist Ingenieur für neue Fahrzeugk onzepte bei ist Senior-Entwicklungsingenieur für Pkw-Diesel- BMW Motorrad in München. motoren im Engineering-Design-Team, bei der Hyundai Motor Company in Seoul (Südkorea). Dreizylinder-Ottomotor Jeong Jun Lee mit Direkt einspritzung und Turboaufladung ist Senior-Entwicklungsingenieur für Pkw-Diesel- Rainer Friedfeldt motoren im Motortest-Team bei der Hyundai Motor ist Leiter Motorenarchitekturen im Bereich Company in Seoul (Südkorea). Powertrain Research und Advanced bei der Ford-Werke GmbH in Köln. Dong Han Hur ist Entwicklungsingenieur für Pkw-Dieselmotoren Thomas Zenner im Motor test-Team bei der Hyundai Motor Company ist Leiter Dreizylinder-Eco-Boost-Motorsysteme und in Seoul (Südkorea). -integration bei der Ford-Werke GmbH in Köln. Roland Ernst Der 1,4-L-TSI-Ottomotor mit ist Chief Program Engineer Dreizylinder- Zylinderabschaltung Otto motoren bei der Ford-Werke GmbH in Dr.-Ing. Hermann Middendorf Dagenham (Großbritannien). ist Leiter der Entwicklung EA111 O ttomotoren bei der Volkswagen AG in Wolfsburg. Andrew Fraser ist Manager Entwicklung Otto motoren bei der Ford Motor Company in Dunton (Großbritannien). Autorenverzeichnis IX Dr.-Ing. Jörg Theobald Dipl.-Ing. Frederic Lauer ist Leiter der Vorentwicklung Ottomotoren bei der ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Volkswagen AG in Wolfsburg. Lehrstuhl für Verbrennungskraftm aschinen der TU Kaiserslautern. Dipl.-Ing. Leonhard Lang ist Versuchsingenieur in der A pplikation EA111 Dipl.-Ing. Stephan Schmitt Ottomotoren bei der Volkswagen AG in Wolfsburg. war Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen Dipl.-Met. Kai Hartel der TU Kaiserslautern. ist Projektleiter für das Zylindera bschalt-Modul im Geschäftsfeld Komponente Motor bei der Prof. Dr.-Ing Ulrich Spicher Volks wagen AG in Salzgitter. ist Leiter des Instituts für Kolbenm aschinen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Elektrifizierung eines Downsizing-Ottomotors mit Aufladung Grenzpotenziale der CO -Emissionen 2 Jason King von Ottomotoren ist Chief Engineer Gasoline Engines and Hyboost Teil 2: Entwicklung der Brennverfahren bei Ricardo in Shoreham-by-Sea (Großbritannien). Prof. Dr.-Ing. Rudolf Flierl ist Leiter des Lehrstuhls für Verbrennungs- Andrew Fraser kraftmaschinen der TU Kaiserslautern. ist Manager Gasoline Powertrain Development bei Ford in Dunton (Großbritannien). Dipl.-Ing. Frederic Lauer ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Guy Morris Lehrstuhl für Verbrennungs kraftmaschinen ist Director Engineering and Chief Technical der TU Kaiserslautern. Officer bei Controlled Power Technologies in Laindon (Großbritannien). Dipl.-Ing. Stephan Schmitt war Wissenschaftlicher Mitarbeiter am David Durrieu Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen ist Director Innovations bei Valeo Powertrain der TU Kaiserslautern. Systems in Cergy-Pontoise (Frankreich). Prof. Dr.-Ing. Ulrich Spicher ist Leiter des Instituts für Kolbenmaschinen am Neue gießereitechnische Entwicklungen Karlsruher Institut für Technologie (KIT). für Zylinderköpfe Dipl.-Wirtsch.-Ing. Stefan Scharf ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Doktorand Mittelschwerer Nfz-Motor von Mercedes- Benz am Institut für F ertigungstechnik und Qualitäts- Teil 1: Motor- und Abgasreinigungskonzept sicherung der Otto-von-Guericke-Universität Dr.-Ing. Hans-Otto Herrmann Magdeburg. ist Bereichsleiter Entwicklung Medium-Duty- Motoren und Abgasnachbehandlungssysteme bei der Daimler AG in Stuttgart. Grenzpotenziale der CO -Emissionen 2 von Ottomotoren Dipl.-Ing. (BA) Börge Nielsen Teil 1: Mechanische Verfahren ist Abteilungsleiter Mechanik er probung OM 93x Prof. Dr.-Ing Rudolf Flierl und war Entwicklungsprojektleiter für die neue ist Leiter des Lehrstuhls für Verbrennungs- Baureihe bei der Daimler AG in Stuttgart. kraftmaschinen der TU Kaiserslautern.