Innovative Antriebstechnik von Volkswagen
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Innovative Antriebstechnik von Volkswagen
Herzlich Willkommen Innovative Antriebstechnik von Volkswagen TSI / TDI/ DSG / Alternative Kraftstoffe Prof. Dr. Jens Hadler Globale Trends und Herausforderungen Nordamerika Emissionen, Verbrauch, Performance, Hybrid, Flex Fuel Diesel Europa Emissionen, CO2, Verbrauch, Diesel, alternat. Kraftstoffe Japan Emissionen, Verbrauch, Komfort, Hybrid China Latein Amerika Kosten, Flex Fuel Indien Kosten, Mobilität, Diesel Kosten, Verbrauch, Emissionen, Energie, alternat. Kraftstoffe Hybrid? TOP3 der Herausforderungen Energie Treibhausgase CO2 Abgasemissionen CO, NOX, HC, PM 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 Kundenwünsche Qualität Fahrspaß - Zuverlässigkeit - Anmutung Kosten - Anschaffungspreis - Betriebskosten - Motorleistung - Handling Kundenwünsche Umwelt Komfort - Fahrkomf., Sicherh. - Assistenzsyst. Individualität - Nischenprodukte - Aggregatevielfalt - Emissionen - Recycling TSI – Direkteinspritzung mit Aufladung beim Otto Seit 2004 im Golf GTI Seit 2005 im Golf GT als Twincharger (TC) Die führende Ottomotorentechnik für sparsames und sportliches Fahren Leitspruch: Maximale Kraft / Minimaler Verbrauch Z. Zt. noch als TSI-TC USP: Wettbewerbsaktivitäten laufen auf Hochtouren Rollout im VW-Konzern über die ganze Palette 2.0l und 1.4l TC in Serie 1.8l und 1.4l in 2. HJ 2007 in Serie Der Golf GTI mit dem ersten Direkteinspritzer 2.0l Turbo-Ottomotor von VW Drehmomentvergleich 2.0l TFSI / FSI – 2.8l MPI 2.0l TFSI / FSI - 2.8l MPI Drehmoment [Nm] 300 2.0l 147 kW Turbo-FSI 260 2.8l 150 kW VR6 MPI 220 2.0l 110 kW FSI 180 2000 4000 Drehzahl [1/min] 6000 2.0l TFSI / FSI – /2.8l MPI Fahrleistungen Verbrauch 2.0l TFSI - 2.8l MPI Kraftstoffverbrauch [l/100 km] NEFZ 10 2.8l 150 kW VR6 MPI* 9 8 2.0l 147 kW Turbo-FSI Verbrauchseinsparung durch Hochaufladung in % Aufladung 6.0 5.0 VR6 - >R4 2.0 MPI - >FSI 2.5 Reibung Verbrennung 1.5 Getriebe 3.0 ca. 20.0 % 7 9 15 11 13 80 – 120km/h [s] 5.Gang 6.Gang *im Golf nicht erhältlich Der Golf GT mit dem TSI R - Motor Technische Daten max. Leistung max. Drehzahl max. Drehmoment Höchstgeschwindigkeit 0 - 100 km/h Kraftstoffverbrauch (NEFZ) CO2-Emission 125 kW (170 PS) bei 6000 1/min 7000 1/min 240 Nm bei 1750 - 4500 1/min 220 km/h 7.9 s 7.2 l/100 km 173 g/km TSI R - Kernpunkte Übertragung des TDI Ansatzes auf den Ottomotor Aufbrechen des Zielkonfliktes zwischen Verbrauch und Fahrspaß Hochaufladung Turbolader 2.0 l TSI Turbolader 1.8 l TSI 1.4 l TSI-TC Twincharger Turbolader 1.4 l TSI Direkteinspritzung FSI ermöglicht die Erhöhung der Verdichtung um eine Einheit; z.B. von 9 auf 10 Abgasturbo-Aufladung (z.B. beim Golf GTI) Kompressor- und Abgasturbo-Aufladung (z.B. beim Golf GT TC) Twincharger TC TSI R - Turboaufladung mit mechanischer Zusatzaufladung Kombination der Regelklappe Vorteile mechanischer Riementrieb und AbgasKompressor turboaufladung Frischluft Kompressor Drosselklappe Luftfilter Saugrohr spontanes Ansprechen durch mechanische Aufladung (i = 1:5) Magnetkupplung Kurbelwelle Riementrieb Nebenaggregate moderater Abgasgegendruck wegen großer Turbine Ladeluftkühler Wastegate Abgaskrümmer Turbolader Schubumluftventil Katalysator Abgas TSI R Schaltstrategie des Kompressors eff. Mitteldruck [bar] 20 12 4 2000 permanenter Betrieb des Kompressors dynamische Zuschaltung des Kompressors Aufladebereich durch Abgasturbolader Saugbetrieb 4000 6000 Drehzahl [1/min] TSI® Der mechanische Kompressor Übersetzung Kurbelwelle zu Wasserpumpe Übersetzung Wasserpumpe zu Kompressor Übersetzung Eingangsstufe Kompressori3 Kompressori3 Gesamtübersetzung i1 i2 =0,52 iges Vorgelegestufe =0,75 =0,52 =0,20 Wasserpumpe/ Magnetkupplung Riementrieb KW Rotoren Synchron-Stufe Wirkungsweise und Funktion Kompressortrieb TSI R - Drehmoment am Beispiel Golf Vergleich V5 zu TSI (125 kW) Drehmoment [Nm] TSI 250 V5 150 50 2000 4000 Drehzahl [1/min] 6000 TSI R - Verbrauchsreduktion am Beispiel Golf Vergleich V5 zu TSI (125kW) Kraftstoffverbrauch [l/100 km] NEFZ V5 9.0 5. Gang Einsparung durch Hochaufladung ca. 19 % 8.0 TSI 7.0 5. Gang 8 6. Gang 10 Elastizität 80 - 120 km/h [s] 12 Die Motorentechnik von VOLKSWAGEN besteht aus einer Kombination von Aufladung Turbo- oder Twincharger (Kompressor und Turbo) und Direkteinspritzung bei Diesel- und Ottomotor mit dem Ergebnis: Trendsetter in der Motorentechnik Auflösung des Widerspruchs zwischen Fahrspaß und Verbrauch Drehmomentauslegung 1.4 TSI Motoren Drehmoment [Nm] 250 Kompressor +Turbo 200 150 100 hohe Leistung : - große Ventilüberschneidung - großer ATL Turbo Drehmomentauslegung: - geringe Ventilüberschneidung - kleiner ATL 1.4 l 90 kW TSI 1.4 l 125 kW TSI Twincharger 1.4 l 125 kW Turbo 50 2000 3000 4000 5000 Drehzahl [1/min] 6000 Drehmomentkurve TSI 1.4l 90kW im Vergleich zum 1.6l 85kW FSI Drehmoment [Nm] 220 200 1.4l 90kW TSI 180 160 + 66% + 42% 140 1.6l 85kW FSI 120 1500 3500 4500 2500 Drehzahl [1/min] 5500 6500 Performance Feel _ _Index PFI am Beispiel Golf V _ Der PFI dient zur Quantifizierung des subjektiven Beschleunigungs- und Fahrleistungseindrucks 1.6l 85kW M6 1.4l 55kW M5 2.0 2.2 1.4l 125kW GT 1.4l 90kW M6 2.4 2.6 PFI 2.8 2.0l 147kW GTI 3.0 TSI R maximale Kraft bei minimalem Verbrauch Relative Änderung [%] 200 + 82 + 67 150 - 19 100 50 2.3l V5 MPI 1.4l TSI spez. Leistung [kW/l] 2.3l V5 MPI 1.4l TSI spez. Drehmoment [Nm/l] Golf V mit M6-Getriebe Verbrauch [l/100km] NEFZ Otto-Verbrauchs-Benchmark TSI® in der Leistungsklasse 90 bis 150kW Wettbewerber NEFZ [l/100km] 10 9 8 Golf GTI 2,0l 147kW Golf GT 1.4l 125kW TSI 7 Golf 1.4l 103kW TSI aler m i n i -M t f a r le K a m i x auch r b Ma r e V Golf 1.4l 90kW TSI 6 100 120 160 140 Motorleistung [kW] TSI R weitere Anwendungen des TSI - Motors 2006 1.4l 125kW seit 05/06 seit 07/06 seit 10/07 Golf auch mit DSG Golf Plus mit HSG + DSG Jetta Touran mit HSG + DSG mit DSG 1.4l 103kW seit 03/06 seit 05/06 seit 07/06 seit 12/06 seit 10/06 Touran mit HSG Golf + Golf Plus mit HSG Jetta mit HSG Touran Golf, Jetta + Golf Plus mit mit DSG DSG TSI R - Drehmoment am Beispiel Touran Vergleich 1.8 T zu TSI (103 kW) Drehmoment [Nm] 260 1.4l 103 kW TSI (Touran) 220 180 1.8l 110 kW 5VT MPI (Touran China) 140 2000 4000 Drehzahl [1/min] 6000 TSI R - Verbrauchsreduktion am Beispiel mit Touran-TSI Kraftstoffverbrauch [l/100 km] NEFZ 9.5 4.Gang 8.5 5.Gang 1.8l 110 kW 5VT 7.5 1.4l 103 kW TSI 5.Gang 6 Einsparung durch Hochaufladung ca. 17% Overdrive 10 14 Elastizität 80-120 km/h [s] 18 Wettbewerbssituation Aufgeladene Ottomotoren April 2007 International Engine of the year awards 2006 1.2l 16V MPI Turbo 73kW smart 1.0l 12V MPI Turbo 62kW 1.6l 16V MPI Turbo 132kW 1.4l 16V MPI Turbo 110kW 2.0l 16V TSI Turbo 147kW 1.8l 16V TSI Turbo 118kW 1.4l 16V TSI Twincharger 125/103kW 1.4l 16V TSI Turbo 90/96kW 1.5l 16V MPI Turbo 110kW 2.3l 16V DI Turbo 191kW MINI 3.0l 24V DI Turbo 225 kW 1.6l 16V DI Turbo 110/128kW BlueMotion – Der Sparsamste seiner Klasse Sparsamster Antrieb ohne Verzicht auf Fahrspaß Mobilität für künftige Generationen sichern Polo BlueMotion - Fahrzeugkonzept Maßnahmen zur Verbrauchsabsenkung - 0.1 - 0.1 4.4 - 0.3 - 0.2 Ausgangswert 55 kW ohne DPF (Polo Serie) 4+E Getriebe + 0.2 Aerodynamikpaket + wirkungsRollwidergradoptistandsar- Motormaß- Dieselparmierter tikelfilter Generator me Reifen nahmen 1.4l TDI EU4 mit manuellem Schaltgetriebe 3.9 Zielwert 59 kW mit DPF BlueMotion - Verbrauch von Dieselmotoren A00-/A0-Klasse Verbrauch NEFZ [l/100 km] Wettbewerber 5.5 4.5 Polo BlueMotion 3.5 3L Lupo TDI 40 50 60 70 Nennleistung [kW] 80 Passat BlueMotion - Verbrauchsmaßnahmen Getriebe mit verlängerten Übersetzungen des 3., 4. und 5. Ganges angepasste Motorsteuerung abgesenkte Leerlaufdrehzahl Gangempfehlung in der Multifunktionsanzeige plus Reduzierung des cw-Wertes um mehr als 12% durch Tieferstellung und aerodynamischen Modifikationen Best-in-Class-Energy-Reifen mit erhöhtem Reifendruck Passat BlueMotion Verbrauchmaßnahmen Passat Limousine Verbrauch MVEG [l/100 km] Getriebeübersetzung 5.8 Tieferstellung cW-Maßnahmen optimierte Reifen Gewichtseinschränkung 5.4 abgesenkte LL-Drehzahl angepaßte Motorsteuerung 5.0 Serie Passat BlueMotion Limousine Passat BlueMotion Kraftstoffverbrauch Serie zu BlueMotion Verbrauch MVEG [l/100 km] 6.0 BlueMotion BlueMotion 5.6 5.2 - 10% - 12% 4.8 Passat Limousine 77 kW DPF Passat Variant 77 kW DPF Passat BlueMotion Höchstgeschwindigkeit Serie zu BlueMotion Höchstgeschwindigkeit [km/h] 195 BlueMotion + 5 km/h 185 BlueMotion + 5 km/h 165 155 Passat Limousine 77 kW DPF Passat Variant 77 kW DPF Systemübersicht NSC (NOx Storage Catalyst) Engine management Regeneration control Lamdasensor NOx-sensor H2S-cat NSC Temperature sensor Systemübersicht SCR (Selective Catalytic Regeneration) Heating Quality sensor Temperature sensor Level indicator Engine management Urea injection control Urea tank Pump Drainage NOx/NH3sensor Injection Mixing NH3-cat SCR Temperature sensor NOxEmissions DeNOx Systemanwendung Emission Limit r ap T Ox N n Lea SCR Vehicle weight Aufbau SCR-System AdBlue Tank T-Sensor ECU ECU control line NOx-Sensor Heizung NOX-Reduzierung AdBlue Leitung Dosierventil > 50% Herausforderungen für den Dieselmotor: Emissionen Abgasnachbehandlung Ladungsmanagement Gemischbildung / Verbrennung Sensorik / Regelung Hochaufladung Einspritzsystem NOx Abgasnachbehandlung Teilhomogene Verbrennung Hoch EGR DPF 2005 2010 DSG R - Doppelkupplungsgetriebe Das Beste aus 2 Getriebewelten Handschaltgetriebe direkter Zusammenhang Motordrehzahl/Fahrgeschwindigkeit geringer Verbrauch optimale Getriebeabstufung Sportlichkeit / Fahrdynamik Fahrspaß Automatikgetriebe hoher Komfort keine Zugkraftunterbrechung automatisches Schalten leicht bedienbar Schutz vor Fehlbedienung … für sportlichen Fahrspaß und geringen Verbrauch Entwicklung Automatikanteil Golfklasse Einbaurate [%] 50 40 30 20 Juni 2003 Markteinführung Markt: DSG Touran Deutschland EU 15 Golf Audi A3 EU 9 Audi TT EU 9 10 1998 2000 Juni 2003 2004 2008 Getriebekonzepte im Vergleich Komfort Sportlichkeit / Dynamik Kraftstoffverbrauch Preis / Kosten Getriebekonzepte Konventionelle Innovative DSG CVT Wandler ASG HandAutomatik schalter ++ ++ ++ -++ + ++ 0 ++ ++ 0 ++ 0 ++ 0 - + 0 ++ DSG: Doppelkupplungsgetriebe CVT: Continously Variable Transmission ASG: Automatisiertes Schaltgetriebe DQ200 - Das DSG® der nächsten Generation Drehmoment Motorleistung Einsatzbereich Gänge Antriebsart Doppelkupplung Max. Anfahrübers. Längster Gang Max. Spreizung Gewicht (kg) (mit Öl, ohne ZMS) DQ200 DQ250 250 Nm 125 kW Polo bis Passat 7 + R-Gang Front/Quer Trocken 19,77 1,85 8,10 73 350 Nm 220 kW Golf bis Passat 6 + R-Gang Front/Quer + Allrad Nass / Lamelle 18,00 2,10 8,00 80 (Front) Mittlerer Wirkungsgrad verschiedener Getriebe Mittlerer mechanischer Wirkungsgrad [%] 100 80 94 83 85 AQ250 6-Gang DQ250 91 60 40 20 MQ250 6-Gang DQ200 Kraftstoffverbrauch im Normzyklus (Golf V) Kraftstoffverbrauch [%] im NEFZ 115 100 103 100 105 95 93 88 60 20 MQ250 6-Gang AQ250 6-Gang DQ250 DQ200 Beschleunigung/Verbrauch Golf Automatik [s] 1.6 l 85 kW FSI AQ-Getriebe 1.4 l 90 kW TSI DQ-Getriebe 11.5 [l/100 km] 10 9.9 8 -22% 8 7.6 6 6 Beschleunigung [0-100 km/h] 5.9 NEFZ - Verbrauch Potential des 1.4l 90kW TSI zum 1.6l 85kW FSI NEFZ-Verbrauch [l/100km] 8.0 + 21% + 12% NEFZ-CO2 Emission [g/km] Golf AQ/6 > DQ 200/7 Golf MQ/6 > MQ/6 Passat MQ/6 > MQ/6 180 - 8% 7.0 - 22% - 5% 160 + 22% 6.0 140 2.2 2.6 2.4 PFI – Performance Feel Index 2.8 DSG R - am Beispiel 2.0l TFSI (147 kW) Verbrauch im Vergleich zu Wandlergetrieben Verbrauch [l/100 km] Passat Golf GTI + 0.5l /100 km 8,5 8,5 - 0.1l /100 km 8,0 8,0 HSG Automat 6-Gang HSG DSG 6-Gang DSG R Fahrleistung und Verbrauch im Golf GTI Geschwindigkeit DSG HSG 6.9 7.2 [km/h] 233 235 Beschleunigung 0 - 100 km/h [s] max. Geschwindigkeit Verbrauch (NEFZ) [l/100 km] 7.9 8.0 Zeit DSG R Doppelkupplungsgetriebe Dynamisch wie ein Schaltgetriebe (SG) - kein Wandlerschlupf Komfortabel wie ein Automatikgetriebe (AG) - keine Zugkraftunterbrechung Verbrauch besser als Wandlerautomaten durch exzellenten Wirkungsgrad von Anfang an ein voller Erfolg Verdopplung der Einbauraten von 5 % … 10 % auf 10 % … 20 % (in Einzelfällen auf > 80 %) Touran 2.0l EcoFuel „Röntgenbild“ 2.0-Liter-Ottomotor für Erdgasbetrieb optimiert Gasspezifisches Saugrohr incl. Gasrail und Gaseinblasdüsen Hochdruckregler Kombinierter Befüllanschluss für Erdgas und Benzin unter der Serientankklappe Benzintank mit 13 Litern Fassungsvermögen Elektromagnetische Flaschenventile Erdgasflaschen mit insgesamt 18 kg Fassungsvermögen Technische Daten: Touran + Caddy 2.0l EcoFuel Aggregat Antriebsart Gesamtvolumen CNG Reichweite CNG Verbrauch / 100km CO2-Emissionen Caddy 2.0 Touran 2.0 EcoFuel EcoFuel 2,0l MPI 80 kW erdgasoptimiert quasi-monovalent 26 kg 18 kg ca. 430 km ca. 310 km 6,0 kg 5,9 kg 160 g/km 158 g/km Erdgas mit TSI Doppelaufladung: 1,4l TSI Leistung [kW] Drehmoment [Nm] 100 240 80 200 60 160 TSI Serie Doppelaufladung TSI-CNG Doppelaufladung ATL-CNG Einfachaufladung 40 20 1000 2000 3000 4000 Drehzahl [1/min] 5000 120 80 6000 Touran EcoFuel Relative Verbrauchskosten pro 100 km Erdgas Diesel Benzin Touran EcoFuel Reichweite in km für 20 € 2.0 EcoFuel (80 kW) 1.9 TDI PD (77 kW) 1.6 MPI (75 kW) 192 km 424 km 267 km Entwicklungspfade Übersicht Rohstoffe fossil Erdöl Erdöl Kohle Kohle Energie (-träger) Strom H22 Wind Wind Wasser Wasser Solar Solar Geothermie Geothermie Biomasse Biomasse Brennstoffzelle Batterie/ E-Motor Uran Uran Erdgas Erdgas regenerativ Antriebe Kraftstoffe Benzin/Diesel Benzin/Diesel CtL CtL GtL GtL BtL BtL Biogas konventionelle Antriebe (ICE) Volkswagen Kraftstoff- und Antriebsstrategie Elektrotraktion Elektrizität erneuerbar Wasserstoff (regenerativ) SunFuel® Brennstoffzelle CCS Zellulose-Ethanol von Erdgas vom Erdöl SynFuel Dieselkraftstoff Ottokraftstoff Hybrid TDI/TSI Evolution der Biokraftstoffe Biodiesel, Ethanol nur in beschränkten Mengen verfügbar Erfüllung der EU Biokraftstoff-Richtlinie geringe Flächenerträge (nur Nutzung von Frucht/Korn) bevorzugt Blending innerhalb bestehender Kraftstoffnormen BTL (SunFuel), Zellulose-Ethanol (z.B. IOGEN) hohes CO2-Minderungspotential (bis 95 %) hohe Erträge (BTL > 3100 l/ha Dieseläquivalent) Designerkraftstoffe für neue Brennverfahren keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion Reststoffnutzung 1. Generation 2. Generation Volkswagen Kraftstoff- und Antriebsstrategie Hybrid Hybrid Blue Blue TDI TDI E-Antrieb E-Antrieb Otto Otto Aufladung Aufladung Batterie Batterie DQ-Strategie DQ-Strategie alternative alternative Kraftstoffe Kraftstoffe Vielen Dank