Innovative Antriebstechnik von Volkswagen

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Transkript

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

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