- Startseite
- Forum
- Wissen
- Hybrid & Elektro
- Methode, einen normalen Ottomotor ohne Drosselverluste zu regeln
Methode, einen normalen Ottomotor ohne Drosselverluste zu regeln
Hallo,
hier mal spontan eine Idee, die Leistung des Fahrzeugmotors in einem gewissen Bereich nur noch zu regeln, indem man ihn auf der Volllastkurve hin- und her schiebt. Sprich, Leistungsreduzierung durch Hochschalten, Drosselklappe immer ganz offen.
Das erfordert ein feinstufiges Getriebe mit extremen Übersetzungsbereich, also automatisiertes 12-Gang oder CVT.
Sinnvollerweise E-Gas, der Pedalweg wird als Geschwindigkeitswunsch interpretiert und die Motorsteuerung wählt gemäß Fahrwiderstand den richtigen Gang, wo sich Leistung und Fahrwiderstand genau die Waage halten.
Würde bei Tempo 80 1600U/min, bei Tempo 100 2000U/min und bei 120 2500U/min machen, stark abhängig von Fahrwiderständen, Luftdruck und Temperatur. Bei Beschleunigung geht die Drehzahl natürlich kurzzeitig hoch.
Noch eine optionales Fahrprogramm: Motorsteuerung hält den Motor ständig im Punkt des höchsten Wirkungsgrades (konstante Drehzahl und konstante Last), die resultierende Geschwindigkeit schwankt ständig etwas gemäß der Fahrwiderstände und des veränderlichen Luftdrucks/Temperatur.
Gab es derartige Überlegungen schon?
Ähnliche Themen
27 Antworten
Zitat:
Original geschrieben von SeatArosa1.7SDI
Gab es derartige Überlegungen schon?
Bei jedem Automatikgetriebe wird in Stellung D versucht den Motor möglichst im ökonomischsten Bereich zu betreiben.
So extrem müsste die Getriebespreizung gar nicht sein, bei meiner 6-Gang Automatik ist der 6. Gang z.B. für (theoretisch;)) 300km/h ausgelegt. Damit könnte man also bei 50km/h mit 1000 U/min fahren, solche Drehzahlen mag bei Vollgas aber nicht mal ein 6-Zylinder.
Noch näher an den jeweils sparsamsten Betriebspunkt kommt man natürlich mit einem stufenlosen CVT-Getriebe (z.B. von Audi) der gummibandähnliche Effekt beim Beschleunigen (Motor bleibt auf konstanter Drehzahl) wurde aber von den Kunden nicht akzeptiert und man hat deshalb "künstliche Gänge" programmiert um das gewohnte Schaltverhalten zu simulieren.
Bei der Benzindirekteinspritzung mit Schichtladebetrieb (BMW) ist die Drosselklappe auch im unteren Teillastbereich voll geöffnet und damit der Verbrauch in diesem für einen Benziner kritischen Bereich schon stark reduziert.
Ich kenne noch den DAF/Volvo66 mit der ursprünglichen Variomatik. Es war zunächst ungewohnt, damit zu fahren, aber hatte man sich erstmal dran gewöhnt, ist es wirklich was Feines. Die theatralischen "Arschtritte" einer mechanischen Schaltung habe ich nie vermisst.
Meine Überlegung hat eigentlich weniger mit Getriebearten zu tun (CVT, Automatik, sequentiell, Doppelkupplung...), sondern mit der Tatsache, den normalen Übersetzungen nach oben hin weitere, immer extremere Übersetzungen hinzuzufügen. Also ein Getriebe mit sehr breiten Übersetzungsbereich zu verwenden. Das erfordert beim Nicht-CVT gezwungenermaßen mehr Gänge.
Ich sags mal als Beispiel: Der 5. Gang vom Aveo ist schon relativ lang, aber immer noch zu kurz, um bei Tempo 120-140 (ebene Fahrbahn, Windstille) den Motor in einen günstigeren Punkt im Muscheldiagramm zu schieben.
Praktisch gesehen, vom Komfort her, ist die Strategie der Motorleistungsregelung per Übersetzung nur sinnvoll über ein automatisiertes Getriebe (CVT, Wandlerautomatik oder DSG) zu machen. Von der feinstufigen Regelung her am besten CVT.
Die aktuelle 8-Gang Automatik im 7er BMW (gibts demnächst auch im neuen 5er) hat eine Spreizung von 1:7 damit lässt sich schon ein sehr langer Schongang realisieren.
So ein Getriebe ist natürlich auch teurer und schwerer und man muss beim Verbrauchsreduzieren schon auch das Kosten-Nutzenverhältnis im Auge behalten.
Möglichkeiten gibt´s neben der Übersetzungswahl ja noch mehr. Man könnte z.B. selektiv Zylinder zu- und abschalten. Sprich nur Verbrennungen mit optimaler Füllung zulassen. Aus dem 4Zyl. halt zeitweise einen 1,2 oder 3Zylinder machen und für die Feinregelung einzelne Zündungen weglassen. Der Motorlauf würde sch... klingen, aber der genutzte Wirkungsgrad wäre höher.
Letztlich macht auch ein Hybrid nichts anderes. Bei niedriger Last rein elektrisch bis Akku leerer, dann Motor an und über den Generator zusätzliche Last aufbringen um wieder einen effektiven Betriebszustand zu erreichen. Stichwort Lastpunktanhebung (-verschiebung).
Vieles scheitert aber leider auch an der Kundenakzeptanz. Die heute verkauften CVTs haben bewusst eine ineffektive Schaltstrategie, aber eine die den Kunden gefällt. Audi hatte anfangs seine CVTs mit bestmöglicher Auslegung verkauft und dann schnell mit Softwareupdates "nachgebessert". Es ist halt beispielsweise bei maximaler gewünschter Beschleunigung so dass der Motor im Punkt maximaler Leistung bleiben müsste und sich die Übersetzung anpasst. Verändert sich die Drehzahl hat man effektiv weniger Leistung zur Verfügung, aber durch die Drehzahländerung hat der Fahrer das Gefühl schneller zu beschleunigen.
Vielleicht müsste man hier mit einem Soundgenerator nachhelfen :D
Gruß Meik
Am Meisten würde die Zylinderabschaltung im Leerlauf und Teillastbereich natürlich bei Motoren mit mindestens 6 Zylindern bringen.
Die genaueren Gründe warum man diese Technik selbst bei 8 und 12-Zylindermotoren wieder eingestellt hat sind mir nicht bekannt.
Beim Vollhybrid frage ich mich wie das der Motor verträgt wenn man die ersten 20km elektrisch fährt und dann, wenn auf der Autobahn die Batterie leer wird, die Maschine plötzlich die Höchstleistung (Fahrleistungsbedarf plus Akku laden) bei z.B. -10 Grad kaltem Motoröl bringen soll.
Zitat:
Original geschrieben von Noris123
Am Meisten würde die Zylinderabschaltung im Leerlauf und Teillastbereich natürlich bei Motoren mit mindestens 6 Zylindern bringen.
Die genaueren Gründe warum man diese Technik selbst bei 8 und 12-Zylindermotoren wieder eingestellt hat sind mir nicht bekannt.
Ist mir ehrlich gesagt auch nicht einsichtig. In der Mercedes S-Klasse z.B. war ZAS (Zylinderabschaltung) vor Jahren noch optional erhältlich. Heute redet kein Mensch mehr davon.
Zitat:
Beim Vollhybrid frage ich mich wie das der Motor verträgt wenn man die ersten 20km elektrisch fährt und dann, wenn auf der Autobahn die Batterie leer wird, die Maschine plötzlich die Höchstleistung (Fahrleistungsbedarf plus Akku laden) bei z.B. -10 Grad kaltem Motoröl bringen soll.
Momentan gibt's da noch keine Gefahr, da kein Vollhybrid mehr als 2-3km elektrisch fährt und die Geschwindigkeit im E-Modus limitiert ist, z.B. auf ca. 50 km/h beim Prius. Darüber schaltet sich automatisch der Verbrenner zu.
Im Winter wird der Verbrenner ja auf Grund des Heizbedarfs ohnehin benötigt, sodass die reinen E-Phasen entsprechend (noch) kürzer ausfallen. Die Länge der E-Phasen steuert der Benutzer über die Temperaturregelung. Je molliger er es möchte, desto mehr läuft der Verbrenner ...
Zitat:
Die heute verkauften CVTs haben bewusst eine ineffektive Schaltstrategie, aber eine die den Kunden gefällt. Audi hatte anfangs seine CVTs mit bestmöglicher Auslegung verkauft und dann schnell mit Softwareupdates "nachgebessert". Es ist halt beispielsweise bei maximaler gewünschter Beschleunigung so dass der Motor im Punkt maximaler Leistung bleiben müsste und sich die Übersetzung anpasst. Verändert sich die Drehzahl hat man effektiv weniger Leistung zur Verfügung, aber durch die Drehzahländerung hat der Fahrer das Gefühl schneller zu beschleunigen.
Vielleicht müsste man hier mit einem Soundgenerator nachhelfen :D
Ein CVT kastrieren für besseres "Beschleunigungsgefühl" - bekloppter gehts nicht mehr. Ja, hier wäre der Soundgenerator wohl das beste. Und beim virtuellen Gangwechsel geht ein künstlicher Ruck durch den Fahrersitz. (Federkraft-Gewicht und Servomotor am Sitzgestell)
Zur Zylinderabschaltung: M.W. geht das nur bei Motoren, die in mehrere Bänke unterteilt sind und für diese Zylindergruppen getrennte Auspuffstränge haben, mitsamt KAT und Lamdasonde.
Der Grund: Abgeschaltete Zylinder pumpen Frischluft in den Auspufftrakt und verfälschen die Abgaszusammensetzung, die die Lamdasonde mißt. Man kann also nur Zylinder abschaltet, wenn auch die zugehörige Lamdasonde komplett abgeschaltet wird und kein Abgas von irgendeinem anderen Zylinder mehr messen muß.
Ein 4-Zylinder mit 2 getrennten Auspuffsträngen wäre wohl teurer als die Einsparung jemals erbringen könnte.
Ein Ausweg wäre nur, über variablen Ventilhub o.ä. das Durchpumpen von Luft komplett zu verhindern
2. Nachteil der Zylinderabschaltung: Ein "halber" Motor erreicht nicht mehr den Bestpunkt des vollen Motors, denn die abgeschalteten Zylinder sind nicht einfach "weg" sondern werden mit erheblichen Reibungsverlusten mitgeschleppt, und zwar völlig funktionslos (abgesehen von der Aufrechterhaltung des Massenausgleichs)
Echte Zylinderabschaltung wäre, wenn das komplette Laufzeug des Zylinders zum Stehen kommen würde, was wieder erheblichen Aufwand bei der Kopplung bringen würde. Also mehrere Motoren in einem gemeinsamen Motorblock, die sich nach Bedarf über Magnetkupplungen zu- oder abschalten.
Zurück zum Ursprungsthema: Mein Aveo hat für den kleinen 1.2er Motor schon einen relativ langen 5. Gang (4000U/min@140km/h). Trotzdem habe ich bei 130-140 ca. Halbgas, also Drosselverluste und kein Bestpunkt.
Es fehlt ein 6. Gang, bei dem ich bei Vollgas nur noch max. 140 erreiche (stark steigungs- und windabhängig), dann aber bei 3000U/min.
Zitat:
Original geschrieben von SeatArosa1.7SDI
Ein CVT kastrieren für besseres "Beschleunigungsgefühl" - bekloppter gehts nicht mehr.
Da hast Du sicher völlig recht. Das ist aber ein gutes Beispiel dafür dass man nur verkaufen kann was vom Kunden akzeptiert wird.
Schaltpunktanzeige, Start-Stopp Funktion, langer "E-Gang"... hat es ja alles schon gegeben und ist wieder vom Markt verschwunden weil es nicht gekauft wurde.
Zitat:
Ein Ausweg wäre nur, über variablen Ventilhub o.ä. das Durchpumpen von Luft komplett zu verhindern
Jo, die Ventile müssten geschlossen werden um die Pumparbeit zu vermeiden.
Zitat:
Es fehlt ein 6. Gang, bei dem ich bei Vollgas nur noch max. 140 erreiche (stark steigungs- und windabhängig), dann aber bei 3000U/min.
Das ist eben der einfachste und kostengünstigste Weg: Ein Getriebe mit großer Spreizung um den Motor immer mit möglichst hoher Last und damit in einem verbrauchsgünstigen Bereich zu betreiben.
Und ganz wichtig: Automatikgetriebe um den Fahrereinfluss auszuschalten, der kann mit seinem Eigensinn alles zunichte machen was sich die Ingenieure so ausgedacht haben.:D
Zitat:
Original geschrieben von SeatArosa1.7SDI
Trotzdem habe ich bei 130-140 ca. Halbgas, also Drosselverluste und kein Bestpunkt.
Es fehlt ein 6. Gang, bei dem ich bei Vollgas nur noch max. 140 erreiche (stark steigungs- und windabhängig), dann aber bei 3000U/min.
Dann ist deine Übersetzung doch schon fast ideal. Bei Halbgas sind die Drosselverluste gering und man hat noch etwas Reserve für minimale Steigungen oder Gegenwind ohne gleich Schalten zu müssen oder in den ineffektiven Bereich der Vollastanfettung zu kommen. Viel Einsparung wird ein noch längerer Gang dann nicht bringen.
Wirkungsvoller ist das bei größeren Motoren für die Tempo 130 noch unterer Teillastbereich ist. Hier werden die Gänge zu sehr auf die mögliche Höchstgeschwindigkeit ausgelegt.
Zur Zylinderabschaltung: Klar, die bringt es erst mit variabler Ventilsteuerung mit der die Pumpverluste in den abgeschalteten Zylindern eliminiert werden richtig. Aber auch ohne würde es nur noch Verbrennungen mit guter Zylinderfüllung geben was die Wärmeverluste reduziert. Je mehr Maßnahmen man umsetzt (Ventilsteuerung, mechanisch abkoppeln, ...) desto größer das Sparpotential. Dagegen stehen aber auch Mehrgewicht und Kosten. Letztlich muss sich jede Technik zumindest halbwegs rechnen wenn sie verkauft werden will.
Gruß Meik
Zitat:
Original geschrieben von SeatArosa1.7SDI
Zur Zylinderabschaltung: M.W. geht das nur bei Motoren, die in mehrere Bänke unterteilt sind und für diese Zylindergruppen getrennte Auspuffstränge haben, mitsamt KAT und Lamdasonde.
Der Grund: Abgeschaltete Zylinder pumpen Frischluft in den Auspufftrakt und verfälschen die Abgaszusammensetzung, die die Lamdasonde mißt. Man kann also nur Zylinder abschaltet, wenn auch die zugehörige Lamdasonde komplett abgeschaltet wird und kein Abgas von irgendeinem anderen Zylinder mehr messen muß.
Ein 4-Zylinder mit 2 getrennten Auspuffsträngen wäre wohl teurer als die Einsparung jemals erbringen könnte.
Ein Ausweg wäre nur, über variablen Ventilhub o.ä. das Durchpumpen von Luft komplett zu verhindern
2. Nachteil der Zylinderabschaltung: Ein "halber" Motor erreicht nicht mehr den Bestpunkt des vollen Motors, denn die abgeschalteten Zylinder sind nicht einfach "weg" sondern werden mit erheblichen Reibungsverlusten mitgeschleppt, und zwar völlig funktionslos (abgesehen von der Aufrechterhaltung des Massenausgleichs)
Echte Zylinderabschaltung wäre, wenn das komplette Laufzeug des Zylinders zum Stehen kommen würde, was wieder erheblichen Aufwand bei der Kopplung bringen würde. Also mehrere Motoren in einem gemeinsamen Motorblock, die sich nach Bedarf über Magnetkupplungen zu- oder abschalten.
Zurück zum Ursprungsthema: Mein Aveo hat für den kleinen 1.2er Motor schon einen relativ langen 5. Gang (4000U/min@140km/h). Trotzdem habe ich bei 130-140 ca. Halbgas, also Drosselverluste und kein Bestpunkt.
Es fehlt ein 6. Gang, bei dem ich bei Vollgas nur noch max. 140 erreiche (stark steigungs- und windabhängig), dann aber bei 3000U/min.
Einzelne Zyllinder eines Motors lassen sich heutzutage immer abschalten unabhängig von der Zylinderzahl oder deren abgasseitiger Zusammenschaltung. In modernen Motorsteuerungen sind derartige Funktionen implementiert. Heutige Motorsteuerungen erfassen permanent wieviel Frischluft in den Motor strömt, wieviel Restgas im Zylinder verbleibt bzw. zurückströmt oder wieviel Frischgas direkt in den Abgastrakt gelangt. Meldet die Lambdasonde höhere Lambdawerte kann dies die Motorsteuerung also schon interpretieren.
An etlichen modernen Motoren wird sogar bewusst Frischluft direkt in Abgastrakt geschoben. Gesteuert wird dieser Vorgang u.a. mit den NoWe-Stellern.
Logisch dass ein Motor bei dem einzelne Zylinder abgeschaltet sind nicht mehr den Verbrauchsbestwert des 'Vollmotors' erzielt. Die Ladungswechselverluste sind in der unteren Teillast besonders hoch. Genau dort kann es sich lohnen einzelne Zylinder abzuschalten. Genau dann wenn die Ladungswechselverluste des vollen Motors größer sind als die Ladungswechselverluste plus die erhöhten Reibungsverluste (mitgeschleppte Zylinder) des Motors mit Zylinderabschaltung.
Die Zylinderabschaltung wird überwiegend aus Komfortgründen nicht praktiziert. Da der Trend heute ja eher in Richtung hubraumkleiner Motoren mit geringer Zylinderzahl geht wird sich daran auch nichts ändern.
Der Verbrauchs-Bestpunkt eines Motors liegt nie im Bereich der Volllast auch wenn dort die Drosselverluste am geringsten sind.
Zitat:
Original geschrieben von vanilla299
Meldet die Lambdasonde höhere Lambdawerte kann dies die Motorsteuerung also schon interpretieren.
Stimmt, nur kann ein heute noch üblicher 3-Wege-Kat mit höheren Lambdawerten keine NOx mehr reduzieren. D.h. Zylinderabschaltung ohne die Ventile des Zylinders abzuschalten benötigt eine aufwändigere Abgasreinigung mit Oxikat und NOx-Speicherkat oder ähnlichen Varianten. Beim Diesel der eh mit Luftüberschuss arbeitet wäre die Variante dagegen problemloser machbar.
Neben Komfortgründen bleibt also auch die Frage nach dem Kosten-Nutzen Verhältnis. 1 Liter weniger Verbrauch bei 1,50€ pro Liter sind auf 100tkm gerade 1500€ Einsparung. Abzüglich Mehrwertsteuer, Entwicklungskosten etc. darf ein Auto in der Herstellung damit vielleicht noch 400€ teurer werden. Bei rund 200tkm für ein Autoleben 800€. Was kann man mit der Summe realisieren?
Gruß Meik
Zitat:
Original geschrieben von Meik´s 190er
Stimmt, nur kann ein heute noch üblicher 3-Wege-Kat mit höheren Lambdawerten keine NOx mehr reduzieren. D.h. Zylinderabschaltung ohne die Ventile des Zylinders abzuschalten benötigt eine aufwändigere Abgasreinigung mit Oxikat und NOx-Speicherkat oder ähnlichen Varianten. Beim Diesel der eh mit Luftüberschuss arbeitet wäre die Variante dagegen problemloser machbar.
Neben Komfortgründen bleibt also auch die Frage nach dem Kosten-Nutzen Verhältnis. 1 Liter weniger Verbrauch bei 1,50€ pro Liter sind auf 100tkm gerade 1500€ Einsparung. Abzüglich Mehrwertsteuer, Entwicklungskosten etc. darf ein Auto in der Herstellung damit vielleicht noch 400€ teurer werden. Bei rund 200tkm für ein Autoleben 800€. Was kann man mit der Summe realisieren?
Gruß Meik
Wäre mir jetzt neu dass z.B. Motoren aus den 90er Jahren an denen bereits einzelne Zylinder abgeschaltet wurden schon mit NOx-Speicherkatalysatoren ausgerüstet waren. Auch heutige Otto-Turbo-Motoren die Frischluft durchspülen benötigen def. keine aufwändige Abgasnachbehandlung. Diese wird erst benötigt wenn bei Luftüberschuss verbrannt wird (Magerbetrieb).
Aus den 90er Jahren kenne ich nur einzelne Motoren die Bänke abschalten konnten. Jede Bank hatte ihren eigenen Kat so dass die laufenden Zylinder immer noch ihrem Kat ein Abgas mit Lambda=1 liefern. Der andere Kat bekommt nur Luft, muss also auch keine Abgase umwandeln.
Letztlich braucht ein 3-Wege-Kat immer ein Lambda=1 um effektiv zu arbeiten. Es ist ihm egal ob der Motor mit Luftüberschuss arbeitet oder nur einzelne Zylinder Luft durchspülen, entscheidend ist nur die Zusammensetzung der Abgase im Kat.
Gruß Meik