A&T 03/2022 by A&W Verlag AG

3 | MÄRZ 2022

www.auto-wirtschaft.ch NEWS Effizientes Thermomanagement für Elektrofahrzeuge Gedruckte Sensoren zur Batteriezellenüberwachung Hybridsystem in der Rallye-WW Weniger Reifenabrieb durch optimierte Achsen

FACHWISSEN Drei Zylinder sind genug Nissan stellt nach dem Vierzylindermotor mit variablem Verdichtungsverhältnis nun einen aufgeladenen, direkteinspritzenden Dreizylindermotor ebenfalls mit variablem Verdichtungsverhältnis vor. Er wird damit der erste VCR-Motor für die Grossserie.

TECHNIK Ampelsteuerung mit künstlicher Intelligenz Selbstlernende Algorithmen sollen in Kombination mit Kamera-, Radar- und Lidar-Sensorik künftig für einen besseren Verkehrsfluss sowie kürzere Wartezeiten sorgen und Fussgängern mehr Sicherheit an Ampelkreuzungen bieten. Das «Stromtanken» wird einfach und komfortabel Ein neuartiger Laderoboter verspricht komfortables, vollautomatisches Laden über den Fahrzeugunterboden wie mit einer induktiven Station, koppelt sich jedoch automatisch mittels Steckverbindung mit dem Auto.

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HELLA

EFFIZIENTES THERMOMANAGEMENT FÜR ELEKTROAUTOS Bild: Hella

ella bringt mit dem Coolant Control Hub (CCH) ein innovatives Subsystem auf den Markt, welches das Wärmemanagement in Elektroautos revolutionieren soll. Es basiert auf einem modularen Prinzip und verbindet in hochintegrierter Form drei Kühlmittelkreisläufe miteinander – den Batteriekreislauf, den Innenraumkreislauf sowie den Leistungselektronik- und E-Motor-Kreislauf. So lassen sich durch eine Komponentenreduktion die Kosten verringern. Ausserdem führt die Zentralisierung zu einer optimalen Verteilung der thermischen Energie im Fahrzeug. Die Grössenordnung der Optimierung hängt dabei von der jeweiligen Architektur und dem Layout des Kunden ab. Der CCH kann beispielsweise Mehrwegeventile, Aktuato-

Der Coolant Control Hub vereint erstmals alle notwendigen Funktionen für ein effizientes Thermomanagement in Form eines Subsystems.

ren, Verteilersysteme, elektronische Umwälzpumpen, Ausgleichsbehälter und Wärmetauscher sowie Sensoren in einem Produkt kombinieren. Auf Basis der hohen Systemkompetenz im Bereich Fluidik, Motor, Elektronik und Software sowie der Schnittstellenkompetenz zum Kühlund Klimasystem und dem langjährigen Know-how bei leistungsstarken E-Pumpen und -Aktuatoren hat Hella ein neues Ventilkonzept implementiert. Das zum Patent angemeldete 7-Wege-Ventil macht es möglich, eine optimale Wärmerückgewinnung zu erzielen und so die Effizienz zu steigern. Kurzum hilft dies bei einer bedarfsgerechten Verteilung des Heiz- oder Kühlbedarfs für die kritischen Komponenten des Fahrzeugs und führt zu einer verbesserten thermischen Leistung. (pd/sag)

INNOVATIONLAB

GEDRUCKTE SENSOREN ZUR BATTERIEÜBERWACHUNG Bild: InnovationLab

it Battery Monitoring Solution «BaMoS» bietet «InnovationLab» – Experte für gedruckte, organische Elektronik – ein System zur Erfassung detaillierter Druck- und Temperaturdaten auf Zellebene eines Batteriesystems an. Diese Informationen stammen von hauchdünnen gedruckten Sensorfolien, die zwischen den einzelnen Batteriezellen platziert werden können. Da sich die Zellen während des Lade-/Entladezyklus ausdehnen und zusammenziehen, kann eine druckempfindliche Folie diese «Atmung» überwachen, um den Ladezustand zu messen, unregelmässiges Verhalten zu erkennen und eine Überladung zu verhindern. Diese Informationen auf Zellebene liefern wertvolle Erkenntnisse über den Gesundheitszustand und die

Hauchdünne Druck- und Temperatursensoren erfassen ortsaufgelöste Daten einzelner Batteriezellen, mit denen die Lebensdauer der Batterie verlängert werden kann.

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Leistung der Batterie. Sie helfen Forschungs- und Entwicklungsteams bei der Verbesserung ihrer Batteriedesigns (Cell-to-Pack-Design) und Batterieüberwachungslösungen – einschliesslich der Verlängerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen. Die Daten sind räumlich und zeitlich aufgelöst, um ein genaues Bild des Batterieverhaltens zu liefern. «InnovationLab» bietet eine komplette Lösung für die Batterieüberwachung an – einschliesslich Sensorfolien, Elektronik zur Auslesung und Verarbeitung der erfassten Daten und Software zur Visualisierung, Speicherung und Analyse der Daten. Sowohl die Druck- als auch die Temperatursensoren können in Bezug auf Grösse, Auflösung undTrägermaterial an individuelle Kundenbedürfnisse angepasst werden. (pd/sag)

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SCHAEFFLER

HYBRIDSYSTEM IN DER RALLYE-WELTMEISTERSCHAFT Bild: Schaeffler

n der FIA-Rallye-Weltmeisterschaft (WRC) beginnt in diesem Jahr die Hybrid-Ära. Mit dem neuen Regelwerk sorgt der Weltautomobilverband nicht nur für mehr Sicherheit und Chancengleichheit, sondern treibt auch die Weiterent wicklung von nachhaltigen Antrieben voran. Der Automobil- und Industriezulieferer Schaeffler nimmt mit seinem Tochterunternehmen Compact Dynamics eine Pionierrolle ein und stattet alle Fahrzeuge mit einem innovativen Hybridsystem aus. Es vereint Motorgenerator, Steuereinheit und eine Batterie mit 3.9 kWh Kapazität, die Kreisel Electric zuliefert, auf engstem Bauraum. Das insgesamt nur 87 kg schwere System wird als Plug-in-Einheit in der Fahrzeugmitte quer in die neuen Rallye-Autos eingebaut. Es ist über

Das insgesamt nur 87 kg schwere Hybridsystem vereint Motorgenerator, Steuereinheit und eine Batterie mit 3.9 kWh Kapazität auf engstem Bauraum.

eine Welle zum hinteren Differential mit dem Antriebsstrang verbunden und entspricht damit der P3-Topologie. «Das System ist ein Meilenstein in der Hybridtechnologie», sagt Oliver Blamberger, Geschäftsführer von Compact Dynamics. «Während der Veranstaltungen sind die Fahrzeuge in vorgeschriebenen Bereichen wie dem Service-Park oder den sogenannten Hybrid-Electric-Vehicle-Zonen rein elektrisch unterwegs. Auf den Wertungsprüfungen können die Rallye-Piloten neben den rund 286 kW/390 PS des Verbrennungsmotors durch das Hybridsystem zusätzliche 100 kW als Boost abrufen. Die Antriebsbatterie kann ausserdem während der Prüfungen durch Rekuperation der Bremsenergie nachgeladen werden.» (pd/sag)

UNIVERSITÄT PADERBORN

WENIGER REIFENABRIEB DURCH OPTIMIERTE ACHSEN Bild: Uschi Euler/piclease

ntersuchungen der Universität Paderborn haben ergeben, dass schon kleine Änderungen an der Radaufhängung den Reifenabrieb deutlich verringern können. «Die Menge des Reifenabriebs hängt unter anderem vom Zusammenspiel zwischen Fahrwerk, Reifen und Fahrbahn ab, worauf die Auslegung der Achssysteme einen relativ grossen Einfluss hat», erklärt Prof. Dr. Walter Sextro, Inhaber des Lehrstuhls für Dynamik und Mechatronik an der Universität Paderborn. Die vom Forscherteam durchgeführten Untersuchungen basieren auf experimentell validierten Modellen eines Reifens und einer Hinterachse eines Serienfahrzeugs der Mittelklasse. Sextro: «Durch Op timierung des Achssystems konnte die Menge des Reifenabriebs unter

Ein Forscherteam der Uni Paderborn hat herausgefunden, dass eine geringfügige Anpassung der Achse die Menge des Reifenabriebs um ca. die Hälfte verringern kann.

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den gewählten Bedingungen in der Simulation bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h um rund die Hälfte verringert werden, wenn an der Achse vergleichsweise geringe geometrische Veränderungen vorge nommen werden.» Dabei hatten reale Fahrversuche eines Projektpartners bereits zuvor das Potenzial für eine Reduktion gezeigt. Zukünftig soll an der Universität Paderborn die Simulation um ein Modell der Vorderachse und des Fahrzeugaufbaus erweitert werden, um den Einfluss der Achseigenschaften auf die Menge an Reifenabrieb unter Berücksichtigung der Fahrzeugdynamik detaillierter zu analysieren. Die Berechnungsergebnisse könnten dann in noch grösserem Umfang auf den Realverkehr übertragen werden. (pd/sag)

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Nissan KR15DDT

DREI ZYLINDER SIND GENUG Nissan stellt nach dem Vierzylindermotor mit variablem Verdichtungsverhältnis nun einen aufgeladenen, direkteinspritzenden Dreizylindermotor ebenfalls mit variablem Verdichtungsverhältnis vor. Er wird damit der erste VCR-Motor für die Grossserie. Text: Andreas Lerch | Bilder: Nissan, Continental, Vitesco, Lerch

issan bekennt sich klar zur Aussage, dass die Welt bis 2050 CO2-neutral unterwegs sein sollte. Aus diesem Grund arbeitet das Unternehmen bei der E-Mobilität an vorderster Front. Da kurz- und mittelfristig wohl eher der hybridische Weg zielführend ist, verschliesst sich Nissan dem Verbrennungsmotor nicht und sucht auch in dieser Richtung nach einem bestmöglichen Kompromiss zwischen Effizienz, Schadstoffminderung und Kosten. Als weltweit erster Hersteller hat Nissan/Infiniti 2018 einen Verbrennungsmotor mit variablem Kompressionsverhältnis am Markt eingeführt.

Eckdaten Nun wurde diese Familie erweitert und mit einem aufgeladenen 1.5-LiterDreizylindermotor ergänzt. Die Entwickler haben alle Teile unter die Lupe genommen, und so erhält die Einspritzung einen maximalen Druck von 350 bar und die Schmierölpumpe mit variabler Fördermenge fördert das dünnflüssige 0W-20-Motorenöl zu den Schmierstellen. Zur Reibungsminderung werden beispielsweise die Reibflächen der Tassenstössel DLCbeschichtet (Diamond-like Carbon). In diese ausserordentlich harte Beschichtung werden zur Schmierölspeicherung wenige Mikrometer tiefe Nuten eingebracht. Zusätzlich mit zwei Kugellagern

Bild 1. Ein kompaktes und hochentwickeltes Triebwerk mit variablem Kompressionsverhältnis bringt Nissan nun in die Grossserie.

an den hinteren Nockenwellenzapfen kann die Reibung des Ventiltriebs um ca. 13 % vermindert werden. Der Motor hat eine Leistung von 150 kW bei bescheidenen 5600/min und liefert zwischen 2800 und 4400/ min ein maximales Drehmoment von 300 Nm. Im Diagramm (Bild 2) stellt der effektive Mitteldruck (Ordinate) einen dem Drehmoment proportionalen Wert dar. Also können die knapp 26 bar effektiver Mitteldruck den angegebenen 300 Nm entsprechen. Der spezifische Verbrauch konnte gegenüber dem 4-Zylinder-Vorgängermotor noch einmal verbessert und vor allem die Bereiche der geringsten Verbräuche vergrössert werden (Bild 2). Die violette Linie stellt beim Vorgängermotor (KR20DDTE) den Muschelkreis von 245 g/kWh dar. Beim Dreizylindermotor ist die 245-g/kWh-Kurve beachtlich grösser geworden. Zudem ist der Bestpunkt von 225 g/kWh für einen

Benzinmotor ein Spitzenwert, der eher einem Dieselmotor zugetraut würde. Verbrauchsdiagramm Zu beachten ist auch die Lage der minimalen Verbräuche. Während «früher» gesagt wurde, der minimale Verbrauch stelle sich bei 60 – 80 % Last und im Drehzahlbereich des maximalen Drehmomentes ein, ist der Lastbezug gesunken und drehzahlmässig wird der höchste thermische Wirkungsgrad schon unter 2000/min erreicht. Diese Verschiebung im Muscheldiagramm ist beachtlich, weil doch gerade in diesem tieflastigen und tieftourigen Betriebsbereich der Motor im Alltagsverkehr häufig gebraucht wird. Dagegen sind die roten Zonen im hochlastigen Betrieb um die 5000/ min speziell – vor allem, weil die spezifischen Verbräuche bei weiter ansteigenden Drehzahlen dann wie der abnehmen. Das Diagramm der spezifischen Verbräuche zeichnet sich fast für einen dedizierten Verbrennungsmotor, also einen Motor, der speziell für Hybridantrieb gebaut worden ist. Die tiefe Lage des minimalen Verbrauchs und die maximale Drehzahl unter 6000/min könnten als Hinweise für diese Entwicklungsrichtung gelten.

Bild 2. Dieses Diagramm stellt eigentlich das Resultat der Entwicklungsarbeit und des Zusammenspiels aller Komponenten dar: das Muscheldiagramm mit den spezifischen Verbrauchswerten in g/kWh.

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FACHWISSEN 3/22 99

den Ladedruck zu erreichen, und da könnte er dann überdrehen. Mit dem Drehzahlgeber passiert das nicht und die Sicherheitstoleranz kann enger eingestellt werden. Damit wird der gesamte Abgasturbolader kleiner und leichter.

Bild 3. Die Motorperipherie zeigt deutlich, welchen grossen Aufwand sich Nissan mit dem «kleinen» Motor geleistet hat. 1 Benzinpumpe – 2 Benzinfilter und Catch-Tank – 3 Benzintemperaturfühler – 4 Benzindampfsensor – 5 Aktivkohlebehälter – 6 Absperrventil – 7 Spülpumpe – 8 Regenerierventil – 9 Hochdruckpumpe – 10 Luftfilter – 11 Durchfluss-, Temperatur-, Luftfeuchtigkeitssensor – 12 ADM-Ventil – 13 Drehzahlsensor Turbolader – 14 Abgasturbolader – 15 Drucksensor – 16 Wasser-Luft-Ladeluftkühler – 17 Ladelufttemperaturfühler – 18 Drosselklappeneinheit – 19 MAP-Sensor – 20 PCV (positive Carter Ventilation = Kurbelgehäuseentlüftung) – 21 elektrisches Wastegate-Ventil – 22 Abgastemperaturfühler – 23 Lambdasonde 1 – 24 1. Katalysator – 25 Lambdasonde 2 – 26 Hauptkatalysator – 27 Abgastemperatursensor – 28 Abgas-Flüssigkeitskühler – 29 Differenzdrucksensor – 30 Abgasrückführungsventil mit Positionsgeber – 31 Rückführgas-Temperatursensor – 32 Heizungswärmetauscher für den Innenraum – 33 Zündspule und Zündkerze – 34 Auslassnockenwelle: Phasenversteller-Positionsgeber-Entriegelventil – 35 Einlassnockenwelle: elektrischer Phasenversteller-Positionsgeber – 36 Hauptölkanal mit Ölspritzdüsen zur Kolbenbodenkühlung – 37 Kurbeltrieb mit variablem Kompressionsverhältnis nach dem Multi-Link-System – 38 VCR- (Variable Compression Ratio) Aktor und -Positionsgeber – 39 variable, elektrisch verstellbare Ölpumpe – 40 Kurbeltrieb-Positionssensor – 41 Klopfsensor – 42 Öldrucksensor – 43 Öltemperatursensor – 44 Injektor – 45 Spezialwärmetauscher für die Niedertemperatur-Kühlflüssigkeit – 46 Temperaturfühler Niedertemperaturkreis – 47 elektrische Wasserpumpe Der Aufbau des Motors spricht aber gegen einen dedizierten Ver brennungsmotor. Das Triebwerk ist für den transienten Betrieb ausgelegt, also für ständige Last- und Drehzahlwechsel. Diese Anforderung müsste ein Motor, der nur im Hybridbereich eingesetzt wird, weniger erfüllen. Der Motor hat viele drehzahl- und lastabhängige Einrichtungen, welche alle aufeinander abgestimmt und exakt eingestellt werden müssen, wobei der Zündzeitpunkt und die Benzineinspritzung altbekannt und die Einstellungen klar sind. Abgasturbolader Wenn der Turbolader aber mehr Druck zuführt, verändert sich der

Verbrennungsablauf, und Zündung und Einspritzung müssen darauf eingestellt werden. Der Turbolader ist mit einer «halbaxialen» Turbine (Mixed Flow Turbine) versehen, was ein besseres Ansprechverhalten des Druck- und damit Drehmomentanstiegs verspricht. Bei Radialturbinen kommt das Abgas radial in den Turbolader und wird in derTurbine um einen engen 90°-Winkel umgelenkt. Bei halbaxialen Turbinen wird das Abgas mit einem grösseren Radius um den 90°-Winkel geleitet. Dies verspricht eine bessere Strömung. Daneben sind halbaxiale Turbinenräder leichter und weisen daher eine kleinere Massenträgheit auf. Dadurch sprechen sie noch einmal besser an.

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Interessant ist auch der Drehzahl sensor beim Abgasturbolader. Das Laufzeug ist grundsätzlich so ausgelegt, dass es bei Höchsttemperaturen eine gewisse Drehzahl aushalten kann. Festigkeitsmässig werden danach die Fliehkräfte zu gross und derTurbolader kann bersten. Es ist natürlich klar, dass der Hersteller immer eine gewisse drehzahlmässige Sicherheitstoleranz einbauen muss. Da der Turbolader auf einen bestimmten Ladedruck eingestellt ist, kann die Drehzahl über den Ladedruck «eingestellt» werden. Ist aber auf der Saugseite des Turbos ein zu grosser Luftwiderstand (alter, verstopfter Luftfilter oder ein Ventil, Nr. 12 in Bild 3), so muss der Turbolader logischerweise schneller drehen, um

Phasenversteller Der KR15DDT ist auslassseitig mit einem hydraulischen und einlassseitig mit einem elektrischen Phasenversteller ausgerüstet. Auch die Ventilsteuerung muss im Kennfeld zusammen mit Zündung, Einspritzung und Ladedruck kombiniert werden. Der hydraulische Versteller kann in einer bestimmten Position verriegelt werden, damit er beim Kaltstart in der Aufwärmposition für die Abgasentgiftungsanlage steht. Da die Ölviskosität je nach Kälte zu gross sein könnte, um den hydraulischen Versteller unmittelbar einstellen zu können, wird er bereits beim Abstellen des Motors in der richtigen Position blockiert. Auf der Einlassseite ist ein elektrischer Phasenversteller montiert, welcher bereits während des Motorstarts verstellt werden kann. Elektrische Versteller reagieren zudem schneller und präziser als hydraulische. Variable Compression Ratio (VCR) Es gibt über ein Dutzend verschiedene Möglichkeiten, um das geometrische Verdichtungsverhältnis eines Hubkolbenmotors während des Betriebs zu verändern. Die Vorteile dieser Veränderung sind bekannt, steigt doch der thermische Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors mit seinem Verdichtungsverhältnis. Dabei stellt das geometrische Verhältnis nur die halbe Wahrheit dar: Ist die Drosselklappe geschlossen und kann kaum Frischluft angesaugt werden, ist während des Verdichtungstakts auch «nichts» im Zylinder, das sich verdichten liesse. So kann im unterenTeillastbereich das Verdichtungsverhältnis «problemlos» auf 14 : 1 erhöht werden; da der Füllungsgrad sehr gering ist, wird auch keine Klopfgefahr entstehen. Dafür wird die Brenneffizienz besser, da das

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Bild 4. Die Radialturbine (links) und die sogenannte Mixed-Flow-, Radial-Axialoder Halbaxial-Turbine mit dem weniger eckigen Luftstrom in der rechten Bildhälfte.

Bild 6. Der Stellmotor der Multi-Link-Einrichtung (38 in Bild 3) bleibt in diesem Bild in der gleichen Stellung. Mit den acht Zeichnungen wird die Kinematik des Antriebes während einer Kurbelwellenumdrehung vorstellbar.

Bild 5. Das Multi-Link-System ermöglicht die Veränderung des geometrischen Kompressionsverhältnisses während des Betriebs. 1 Kolben – 2 Hauptpleuel, U-Link (U = upper) – 3 Querhebel, L-Link (L = lower) – 4 Hauptlagerzapfen – 5 Pleuellagerzapfen – 6 Kurbelwelle, Kurbelwange – 7 Nebenpleuel, C-Link (C = control) – 8 Exzenter-, Steuerwelle – 9 Antriebshebel Exzenterwelle – 10 Aktorhebel – 11 Aktornocken – 12 Stellmotor. bisschen Gemisch näher beieinanderliegt und so besser verbrennen kann. Bilder 5 und 6 zeigen Aufbau und Funktionsweise des Multi-Link-Systems. Wenn der Elektromotor (12) im Gegenuhrzeigersinn dreht, wird der

Aktorhebel (10) nach links gedrückt und der C-Link (7) wird durch die Exzentrizität nach unten verschoben. Dadurch verdreht sich der L-Link (3) im Uhrzeigersinn um den Pleuelzapfen; und U-Link (2), Kolben (1) und damit

der OT bewegen sich nach oben. Dadurch wird das Kompressionsver hältnis grösser. Wird umgekehrt der E-Motor im Uhrzeigersinn gedreht, bewegt sich der C-Link nach oben und der L-Link verdreht sich im Gegenuhrzeigersinn. Damit bewegen sich U-Link und Kolben mit dem OT nach unten und das Kompressionsverhältnis wird kleiner. Da beim Reihenmotor alle Zylinder mit der Steuerwelle verbunden sind, kann das Verdichtungsverhältnis in allen Zylindern gleichzeitig geändert werden. Neben der Verbesserung des Wirkungsgrades beeinflusst die MultiLink-Mechanik auch die Kinematik des Kurbeltriebs und nähert die Kolbenbewegung der Sinuskurve noch mehr an. Das bedeutet einerseits, dass im Vergleich zu einem herkömmlichen Kurbeltrieb bei gleicher Drehzahl die Verbrennung minim länger dauert und daher eine bessere Brennstabilität entsteht, welche mit einem

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grösseren Abgasrückführungsanteil ausgenutzt werden kann. Daneben sind die Beschleunigungen von Kolben und Pleuelstange im OT und im UT ähnlicher, was es erlaubt, den Dreizylinder ohne Ausgleichswellen zu betreiben. Nissan spricht im NVHVerhalten (Noise, Vibration, Harshness = Geräusch, Vibration, Rauigkeit) von der Qualität eines Vierzylinders mit gewissen Annäherungen im Sound an einen Sechszylinder. Abgasrückführung (AGR) Auch die Abgasrückführung ist ein System, welchem bei der Komplexität der Motorregelung besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muss. Ganz allgemein magert die Abgasrückführung das Gemisch ab und vermindert dadurch den Verbrauch bzw. den CO2-Ausstoss. Das Abgas, welches zurückgeführt wird, muss sich möglichst homogen mit dem Frischgas vermischen, damit es

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Bild 7. Bei Volllast ist ein kleines Verdichtungsverhältnis eingestellt. Durch den Turbolader wird trotzdem ein hoher Verdichtungsenddruck erreicht.

Bild 8. Das ADM-Ventil (12 in Bild 3) ö ffnet mit zunehmender Last und Drehzahl immer mehr. Hier muss der Brennraum mit Gemisch gefüllt werden, nicht mit Abgas.

nicht Frischgas während der Verbrennung einkapselt und damit unverbrannte Kohlenwasserstoffe produziert. Der Prozentsatz von verbrannten Abgasen an der Frischladung ist grundsätzlich abhängig von der Stabilität der Verbrennung. Bei einer Dieselverbrennung werden die brennfähigen «Nester» im ganzen Brennraum miteinander gezündet, da der Druck und auch dieTemperatur überall ähnlich sind. Beim Benzinmotor ist das vollkommen anders. Das Gemisch ist einigermassen homogen und über den ganzen Brennraum verteilt. Entflammt wird das Gemisch erst, wenn zwischen den Zündkerzenelektroden ein Funken springt und wenn sich die umliegenden HC-Moleküle mit Sauerstoff verbinden. Die Flammenfront breitet sich nun so lange aus, wie das Gemisch brennfähig ist. Kommen der Flammenfront aber zu viele bereits verbrannte Moleküle in den Weg, kann die Verbrennung abbrechen. Deshalb ist es äusserst wichtig, dass die rückgeführten Abgasmoleküle sehr homogen verteilt sind und keine Brennfallen darstellen. Nissan ist es durch Entwicklungsefforts im Bereich der Ansaugkanäle, der Brennraum- und der Kolbenbodenform und dank der speziellen

KR15DDT kann in Bild 3 nachvollzogen werden: Zwischen den beiden Katalysatoren (24 und 26) wird das Abgas dem Auspuff entnommen und zum Abgaskühler (28) geführt. Danach passiert es das AGR-Ventil (30), dessen Funktion durch einen Differenzdrucksensor (29) überprüft wird, strömt am Temperatursensor (31) vorbei und mündet dann kurz vor dem Verdichter ins Ansaugrohr. Wird das Abgas vor dem Verdichter zugeführt, wird die homogene Mischung mit der Luft besser, und der Abgasstaudruck würde kaum reichen, um in ein Saugrohr zu strömen, welches mit komprimierter Luft gefüllt ist. Auch vor dem Verdichter ist die Drucksituation nicht ganz eindeutig. Aus diesem Grund ist vor der Einmündung des Abgases das ADM-Ventil (Admission-Valve, 12) eingebaut. Dieses Ventil bremst die angesaugte Luft und ermöglicht es dem Abgas, problemlos in das Saugrohr zu strömen. Da in diesem Moment aber der Turbolader höher dreht, um den Ladedruck zu erreichen, ist es wichtig, dass der Turbolader durch einen Drehzahlsensor drehzahlgeregelt ist. Auch die Ansteuerung dieses Ventils muss in den gesamten Komplex der Kennfelder eingebaut werden.

Kolbenbewegung im OT-Bereich (infolge der Multi-Link-Geometrie) gelungen, eine sehr stabile Verbrennung zu erreichen. Das ermöglicht auf der anderen Seite eine Abgasrückführrate bis 20 %. Das ist ein AGR-Wert, welcher normalerweise eher bei Dieselmotoren zu lesen ist. AGR ist aber nicht nur zur Gemischverdünnung und zur Verbrauchseinsparung gut, sondern sie dient vor allem der Verminderung der Stickoxide. Da sich die Flammenfront nicht ungehindert ausbreiten kann, brechen Verbrennungen häufig wieder in sich zusammen, bevor weitere brennbare Moleküle entzündet werden können. Daher wird die Temperatur in der Brennzone nicht so heiss; und da Stickoxide genau in der Brennzone bei Temperaturen über 2200 °C entstehen, kann diese NOx-Bildung gebremst werden. Wird das Abgas zusätzlich gekühlt, kann noch etwas mehr Temperatur aus der Flammenfront genommen werden und die NOx-Bildung auch noch etwas mehr gehemmt werden. Das Abgas muss aber zuerst über haupt rückgeführt werden können. Das gestaltet sich – gerade bei einem aufgeladenen Motor – nicht so einfach. Der Rückführweg beim

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Das verdeutlicht, welcher Entwicklungs- und Programmieraufwand nötig gewesen ist, um diesen Motor optimal abzustimmen. Nissan hat mit dem KR15DDT ein Meisterwerk der Ingenieurskunst geschaffen. Der Aufwand ist gewaltig und es ist zu hoffen, dass er sich auch rechnen wird und dass dem Motor nicht zu früh der Benzinhahn zugedreht wird. FRAGEN

1. Welchem Wirkungsgrad entspricht der spezifische Verbrauch von 225 g/kWh ungefähr? 2. Diagramm 7. Warum wird bei hoher Last und hoher Drehzahl das Verdichtungsverhältnis (wieder) angehoben? 3. Welche Eigenschaften ausser der Wirkungsgradsteigerung hat die variable Verdichtung nach dem Multi-Link-System? LÖSUNG ZUR AUSGABE 1-2/2022 1. Beim Nicken um die Querachse, beim Wanken um die Längsachse. 2. Es entsteht eine radselektive Regelung anstelle der achsselektiven Regelung. 3. Vorderachse nach rechts oben, Hinterachse nach links unten.

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tezeiten an der Kreuzung zu verkürzen, Fahrzeiten zu senken und den durch Staus entstehenden Lärm und die CO2-Belastung zu senken. Die Simulationsphasen an der überlasteten Lemgoer Kreuzung, die mit intelligenten Ampeln ausgerüstet wurde, kamen zum Ergebnis, dass der Verkehrsfluss durch künstliche Intelligenz um beachtliche 10 bis 15 % verbessert werden könnte.

Projekt zur bedarfsgerechten Steuerung von Fussgängerampeln.

Ampelsteuerung mit künstlicher Intelligenz

VERKEHRSFLUSS OPTIMIEREN UND SICHERHEIT ERHÖHEN Selbstlernende Algorithmen sollen in Kombination mit Kamera-, Radar- und Lidar-Sensorik künftig für einen besseren Verkehrsfluss sowie kürzere Wartezeiten an Ampeln sorgen und Fussgängern mehr Sicherheit an Ampelkreuzungen bieten. Text: Stefan Gfeller | Bild: Fraunhofer IOSB-INA

ünstliche Intelligenz (KI) soll dereinst in selbstfahrenden Autos das «Denken» vollständig übernehmen. Bis dahin ist es noch ein langer Weg, aber bereits heute könnten entsprechende Systeme zur Verkehrssteuerung ihren Beitrag etwa für einen besseren Verkehrsfluss beisteuern. So z. B. bei der Ampelsteuerung, die momentan regelbasiert ist, während die starren Regeln offenkundig nicht auf alle Verkehrssituationen passen. Hinzu kommt, dass auch die für die Anwendung der Regeln erforderliche Erfassung der Verkehrssituation mit in die Strasse eingelassenen Induk tionsschleifen nur ein grobes «Bild» liefert. Forschende am FraunhoferInstitut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, Institutsteil für industrielle Automation INA

realisieren deshalb in den Projekten «KI4LSA» und «KI4PED» eine intel ligente Ampelsteuerung mithilfe von künstlicher Intelligenz. Echtzeit-Sensorik kombiniert mit KI Sie haben dazu an einer Kreuzung in der nordrhein-westfälischen Stadt Lemgo anstelle der herkömmlichen Sensoren hochauflösende Kameraund Radarsensorik implementiert, die das Verkehrsgeschehen präziser erfasst. So lässt sich die Anzahl der wartenden Fahrzeuge an der Kreuzung spurgetreu in Echtzeit aufnehmen, während auch die durchschnittliche Geschwindigkeit der Autos und die Wartezeit detektiert werden. Die Echtzeit-Sensorik wird mit künstlicher Intelligenz kombiniert, die die starren Steuerungsregeln ersetzt.

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Arthur Müller, Projektleiter und Wissenschaftler am Fraunhofer IOSBINA, erklärt: «Wir haben von der Lemgoer Kreuzung, an der unsere Tests stattfinden, ein realitätsgetreues Simulationsmodell gebaut und die KI in diesem Modell unzählige von Iterationen trainieren lassen. Zuvor haben wir das gemessene Verkehrsaufkommen zur Rushhour in das Simulationsmodell übertragen, so dass die KI mit realen Daten arbeiten kann. Das Ergebnis ist ein per Deep Reinforcement Learning trainierter Agent, ein neuronales Netz, das die Ampelsteuerung darstellt.» Die so trainierten Algorithmen – die auf einem Edge-Computer im Schaltkasten an der Kreuzung laufen – ermitteln im Projekt «KI4LSA» das beste Ampel-Schaltverhalten und die beste Phasenfolge, um die War-

Intelligente Lichtsignalanlagen für Fussgänger Im Projekt «KI4PED» entwickelt das Fraunhofer IOSB-INA zusammen mit Partnern bis Ende Juli 2022 einen innovativen Ansatz zur bedarfsgerechten Steuerung von Fussgänger ampeln, von dem besonders vul nerable Personen wie Ältere oder Menschen mit Handicap profitieren sollen. Ziel ist es, Wartezeiten zu verkürzen und die Sicherheit an Ampelkreuzungen durch längere Über querungszeiten zu erhöhen. Denn aktuellen Studien zufolge sind die Grünphasen für die genannten Personengruppen zu kurz. Durch die Implementierung von KI in Kombination mit hochauflösenden LidarSensoren wollen die Projektpartner den Prozess automatisieren und die Überquerungszeiten automatisch an die Bedarfe der jeweiligen Fussgänger anpassen und abstufen. Sowohl die Personenerkennung als auch das Tracking werden auf Basis von Lidar-Daten mittels KI erzielt und in einem eingebetteten System in Echtzeit umgesetzt. Lidar-Sensoren anstelle von kamerabasierten Systemen werden aus Gründen des Datenschutzes verwendet, da sie Fussgänger als 3D-Punktwolken darstellen und diese somit nicht identifiziert werden können. Die Forschungspartner erhoffen sich, mit einem bedarfs- und situationsgerechten Steuerungskonzept die Wartezeit bei hohem Personen aufkommen um 30 % und die Anzahl gefährlicher verkehrswidriger Überquerungen um etwa 25 % reduzieren zu können.

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hantieren wie bei üblichen Ladestationen. Der Ladevorgang läuft komplett automatisch. Das System ist zudem unkompliziert und schnell zu installieren. Die Bodeneinheit etwa kann einfach auf den Garagenboden gelegt oder dort verschraubt werden. Die Technologie bietet damit schon heute das, was wohl künftig essenziell sein wird. Denn wenn Fahrzeuge dereinst vollautomatisch fahren und auch in Parkhäusern selbstständig einparken werden, sollten selbstverständlich auch automatisierte Ladelösungen zum automobilen Alltag gehören.

Die Bodeneinheit des Laderoboters kann einfach auf den Garagenboden gelegt oder dort verschraubt werden.

Laderoboter für E-Fahrzeuge

DAS «STROMTANKEN» WIRD EINFACH UND KOMFORTABEL Ein neuartiger Laderoboter verspricht komfortables, vollautomatisches Laden über den Fahrzeugunterboden wie mit einer induktiven Station, koppelt sich jedoch automatisch mittels Steckverbindung mit dem Auto. Text: Stefan Gfeller | Bilder: Continental

as österreichische Startup-Unternehmen Volterio ist eine Partnerschaft mit dem Entwicklungs- und Produktionsdienstleister Continental Engineering Services (CES) eingegangen, in der CES bis Mitte 2022 erste seriennahe Systeme eines gemeinsam konzipierten Laderoboters entwickeln wird. Die beide Unternehmen hatten zuvor parallel und unabhängig voneinander an ähnlichen Laderoboter-Lösungen geforscht. Das System besteht aus zwei Einheiten, von denen die eine am Unterboden des Fahrzeugs montiert und die andere auf dem Garagenboden platziert ist. Sobald das Auto geparkt ist, verbinden sich beide Komponenten über eine smarte Automatik, die

unter anderem via Ultrabreitband (funkbasierte Kommunikationstechnologie zur Datenübertragung im Nahbereich) gesteuert wird. Dabei muss das Auto nicht allzu genau parkiert werden, der Laderoboter korrigiert bis zu 30 cm Abweichung von der idealen Parkposition. Auch auf den Winkel, in dem das Fahrzeug im Verhältnis zur Boden-Unit positioniert wird, muss beim Parkieren nicht geachtet werden, da eine kegelförmige Gestaltung der Steckverbindung zwischen Boden- und Fahrzeugeinheit jede Positionierungsausrichtung im 360°-Radius erlaubt. Einfache Installation Die neueTechnologie bietet einerseits gegenüber kabellosen, induktiven La delösungen den Vorteil, dass kaum

Verluste entstehen. Andererseits muss sich der Nutzer – wie bei induktiven Systemen – um nichts mehr kümmern, also auch nicht in engen Garagen mit eventuell verunreinigten oder regennassen Ladekabeln

Fahrzeugeinheit ist nachrüstbar Die Serienfertigung des Systems ist für das Jahr 2024 geplant und wird in Deutschland erfolgen. Die innovative Ladelösung soll zunächst mit einer passenden Leistung von 22 kW Wechselstrom für den Einsatz in Privathaushalten bereitgestellt werden. Schliesslich ist das System «retrofit», die Fahrzeugeinheit lässt sich auch in bestehenden Modellvarianten nachrüsten. In einem zweiten Schritt soll eine im Boden versenkbare Schnellladelösung für den öffentlichen Raum entwickelt werden, die zum Beispiel in Parkhäusern, bei Tankstellen oder auf Betriebsflächen mit einer Ladeleistung von mehr als 50 kW Gleichstrom zum Einsatz kommen wird. Dazu gehören auch entsprechende Varianten für das Flottenmanagement etwa von Nutzfahrzeugen.

Die kegelförmige Gestaltung der Steckverbindung zwischen Boden- und Fahrzeugeinheit erlaubt jede Positionierungsausrichtung im 360°-Radius.

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LESEN SIE IN DER AUSGABE 4/2022: & Wirtschaft

&Technik

TITELTHEMA Diagnose (Motor-) Diagnosegeräte können immer mehr. Wir geben einen Überblick der neuesten Geräte und Entwicklungen.

WIRTSCHAFT Software im Garagenbetrieb AUTO&Wirtschaft stellt die wichtigsten Anbieter und ihre Dealer-Management-Software DMS für den Garagenbereich vor. Weitere Themen der April-Ausgabe sind Multimedia (Infotainmentsysteme im Auto) und eine Vorschau auf die Leitmesse der Tankstellen- und Carwash-Branche «UNITI expo».

SCHWERPUNKT

FACHWISSEN Internationaler Motorenkongress Der internationale Motorenkongress in Baden-Baden als Wissensforum und Branchentreffpunkt für die Motorenentwicklung befasst sich mit dem Gesamtsystem der Motorentechnik. Dieses Jahr liegt ein Schwerpunkt auf synthetischen Treibstoffen und dem Wasserstoffantrieb. Im «Fachwissen» der April-Ausgabe picken wir einige Aussagen des Kongresses heraus und fassen sie zusammen.

AUTO-EVENTS 2022 Termin

Veranstaltung

Ort

Internet

16.03.22-20.03.22

Salon Retromobile

Paris/F

retromobile.com

23.03.22

Motorrad Vintage Drag Racing

Andelfingen/SH

autohalle.ch

23.03.22-27.03.22

Techno Classica

Essen/D

siha.de

26.03.22

Oldtimer Galerie Toffen

Toffen/BE

oldtimergalerie.ch

26.03.22-27.03.22

OTM Fribourg

Fribourg

oldtimer-teilemarkt.ch

21.04.22-24.04.22

Retro Classics

Stuttgart/D

retro-classics.de

23.04.22-24.04.22

Historic Vehicle Days

diverse

shvf.ch

29.04.22-01.05.22

Int. Micro-Car-Treffen

Waltenschwil/AG

microcars.ch

05.05.22-07.05.22

Bodensee Klassic

Friedrichshafen/D

bodensee-klassik.de

12.05.22

Driving Day

Brunegg/AG

aboutfleet.ch

12.05.22-14.05.22

Autotechnik Days

Luzern

autotechnikdays.ch

15.05.22-21.05.22

Mille Miglia

Brescia/I

millemiglia.com

24.05.22-26.05.22

The Tire Cologne

Köln/D

thetire-cologne.de

25.05.22-28.05.22

Autopromotec 2022

Bologna/I

autopromotec.com

26.05.22-29.05.22

Tuning World Bodensee

Friedrichshafen/D

tuningworldbodensee.de

27.05.22-29.05.22

Swiss Classic World

Luzern

swissclassicworld.ch

Spot Repair, Werkzeuge und Maschinen Das Reparieren von kleinen kosmetischen Schäden, das sogenannte Spot Repair, gewinnt weiter an Bedeutung. Diese Schäden blieben früher oft unbehandelt, weil Aufwand und Kosten zu hoch waren. Mittlerweile bieten Lackhersteller viele praktische Produkte an, die sich einfacher und kostengünstiger verarbeiten lassen. Die Arbeit des Schleifens, Polierens und Trennens ist zwar seit Jahren gleich. Die dazu benötigten Werkzeuge und Maschinen werden aber immer besser. Die AUTO&Carrosserie-Ausgabe 2/2022 erscheint Mitte Juni.

SALON RETROMOBILE

om 16. bis 20. März 2022 findet in Versailles bei Paris der diesjährige Salon Retromobile statt, eine der international bedeutendsten Oldtimermessen des Jahres. Die Veranstalter erwarten rund 620 Aussteller, mehr als 6500 m² Ausstellungsfläche, 1000 Fahrzeuge und mehr als 120 Clubs. Als Location für den Salon Retromobile dienen die Pavillons 1, 2 und 3, dem grössten und prestigeträchtigsten Raum des Ausstellungszentrums Porte de Ver sailles in Paris. Zu den Highlights zählen eine Hommage an den Zauberer Amédée Gordini, die Youngtimer der Gruppe A, die Fahrzeuge der französischen Gendarmerie Nationale, der einzige existierende Nachbau des Fardier von Cugnot oder der TRIDIM Aerotrain von Jean Bertin. Zu sehen

gibt es auch einen Panther des Panzermuseums von Saumur, einen seltenen Rochet-Schneider der Serie 18400 aus dem Jahr 1921, der von der Fondation Berliet präsentiert wird, das 50-jährige Jubiläum des Renault 5, die traditionelle Auktion Artcurial und vieles mehr. www.retromobile.com

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