ISBN 9783843923682

978-3-8439-2368-2, Reihe Fahrzeugtechnik

Dirk Fuchs
Effizienzsteigerung eines Nutzfahrzeugmotors durch den bedarfsgerechten Betrieb der Kühlmittelpumpe

160 Seiten, Dissertation Technische Universität Dresden (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Bei Verbrennungsmotoren mit mechanisch angetriebener Kühlmittelpumpe kann durch eine verringerte Antriebsdrehzahl und der damit möglichen Reduktion der Antriebsleistung der Kühlmittelpumpe eine direkte Kraftstoffverbrauchseinsparung generiert werden. Der mit der Drehzahl verringerte Kühlmittelvolumenstrom führt zwangsläufig zu Zielkonflikten zwischen maximaler Effizienzsteigerung und einer ausreichenden Bauteilkühlung bei hohen Motorbelastungen. Ein zweistufig schaltbares Planetengetriebe stellt hierfür einen aussichtsreichen Ansatz zur Lösung dieses Konflikts dar, in dem es die Aufhebung der üblicherweise starren Kopplung zwischen der Kurbelwelle des Motors und der Kühlmittelpumpe ermöglicht. Durch Variation der Übersetzung kann die Drehzahl und damit der Volumenstrom der Kühlmittelpumpe an den Kühlleistungsbedarf des Motors angepasst werden.

In der vorliegenden Arbeit wird ein solches Antriebskonzept für eine Kühlmittelpumpe vorgestellt und an Hand eines Prototyps die Funktionsfähigkeit an einem Nutzfahrzeugmotor nachgewiesen. Die experimentelle Ermittlung von Kraftstoffverbrauchseinsparungen erfolgt anhand eines repräsentativen, für Fernverkehrs-Lkw typischen Fahrprofils am hochdynamischen Motorenprüfstand. Hierfür werden Strategien entwickelt, bei denen der Betrieb mit reduzierter Kühlmittelpumpendrehzahl vom tatsächlichen Kühlleistungsbedarf des Motors abhängt. Zur Optimierung dieser Betriebsstrategien wird ein Simulationsmodell erstellt, welches die Berechnung der im realen Fahrzeug zu erwartenden Kraftstoffeinsparpotenziale ermöglicht. Im Gegensatz zum Motorenprüfstand werden im Modell entscheidenden Randbedingungen für die fahrzeugseitige Kühlung berücksichtigt.

Die Ergebnisse aus Versuch und Simulation zeigen, dass durch ein zweistufig schaltbares Planetengetriebe die Drehzahl der Kühlmittelpumpe gegenüber der Serienlösung während mehr als 60 % der Betriebsdauer um bis zu 50 % gesenkt werden kann. Dadurch können am Nutzfahrzeugmotor realistische Kraftstoffverbrauchseinsparungen bis zu 1 % im typischen Fernverkehrsbetrieb erzielt werden.