IAA Nutzfahrzeuge 2012 Nutzfahrzeugantriebe: Die Kosten senken

Autor / Redakteur: Jürgen Goroncy / Thomas Günnel

Geringe Betriebskosten, geringe Abgasemissionen – das sind bei Nutzfahrzeugantrieben wichtige Kriterien. Kein Wunder, dass die Lieferanten eifrig Techniken entwickeln und Produkte auf den Markt bringen, die dem Prinzip „weniger ist mehr“ folgen.

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Stahlkolben mit verringerter Kompressionshöhe sollen bis zu 0,8 Prozent Kraftstoff sparen.
Stahlkolben mit verringerter Kompressionshöhe sollen bis zu 0,8 Prozent Kraftstoff sparen.
(Mahle)

Seit die Abgasnormen US10 und Euro 6 klare Vorgaben setzen, widmen sich die Nutzfahrzeughersteller wieder verstärkt der Verbrauchsreduzierung. Zu Recht, denn die Kraftstoffeffizienz der Nutzfahrzeugmotoren hat unter dem Überspringen US10- und Euro-6-Messlatten etwas gelitten: Um die beiden Normen zu erfüllen, waren die Kraftstoffverbräuche leicht angestiegen. Einen Schwerpunkt bei der Verbrauchsreduzierung bildet der Kolben. Hier verspricht sich Mahle allein durch eine etwa 20 bis 30 Prozent geringere Kompressionshöhe einen bis zu 0,8 Prozent geringeren Kraftstoffverbrauch.

Kleinerer Kolben mit geringerer Reibung

Der kleinere Kolben ist leichter – bei einem Nfz-Versuchsmotor von Mahle 2,1 Kilogramm pro Kolben – und verursacht eine geringere Reibung. Grund dafür ist der gewonnene Bauraum, der sich für längere Pleuel nutzen lässt, die den Kolben deutlich reibungsärmer führen. Alternativ könnte man statt der längeren Pleuel die Höhe des Motorblocks verringern und damit ebenfalls Gewicht sparen. In die gleiche Richtung zielen auch die geschmiedeten Steelteks-Kolben der KSPG AG (früher Kolbenschmidt Pierburg).

Öl- und Wasserpumpen bedarfsgerecht steuern

KSPG und Mahle sind auch bei den Nebenaggregaten des Motors aktiv, etwa bei variablen Öl- und Wasserpumpen, die den Motor bedarfsgerecht und damit verbrauchssparend mit Öl oder Kühlmittel versorgen. Die Wege dorthin sind verschieden. KSPG wird im Jahr 2013 als Erster eine variable Flügelzellen-Ölpumpe für großvolumige Nutzfahrzeugmotoren in Serie bringen, deren Fördervolumen mit einem beweglichen Verstellring dem Ölbedarf flexibel angepasst werden kann. Ein kleiner hydraulischer Steuerkolben soll den Förderdruck variieren. Ergebnis: Kraftstoffeinsparungen von etwa ein bis drei Prozent.

Kühlmittelpumpe mit Viscokupplung

Mahle und Behr senken die Leistungsaufnahme der Kühlmittelpumpe auf eine andere Art und Weise: mit einer Viscokupplung, die Behr seit Jahren bereits bei Lüfterantrieben einsetzt. Seit dem Jahr 2011 ist die bedarfsorientiert arbeitende Viscokupplung bei der Kühlmittelversorgung des Mercedes Actros in Serie. Sie variiert mithilfe der Drehzahl die Fördermenge der Kühlmittelpumpe. Die Energieübertragung vom Riementrieb auf die Pumpe erfolgt in der Viscokupplung durch die Scherkräfte eines Silikonöls – ohne Kontakt von Metallflächen oder Reibbelägen.

Zusammen mit der stufenlosen Regelung ist so laut Behr ein sehr hoher Pumpsystem-Wirkungsgrad von 85 Prozent möglich – dieser ist damit deutlich höher als bei starren (25 Prozent), drosselnden (50 Prozent) oder zweistufigen (60 Prozent) Pumpenantrieben. Im Autobahnbetrieb soll diese bedarfsgerechte Kühlmittelversorgung im Vergleich zu einer starren etwa ein Prozent Kraftstoff einsparen.

Abgasenergie bringt bis zu fünf Prozent

Bis zu fünf Prozent weniger Kraftstoffverbrauch versprechen sich Behr und Bosch durch die Nutzung der Abgasenergie. Sie erzeugt Dampf, der in einer Expansionsmaschine Arbeit verrichtet. Die aus diesem Prozess erhaltene mechanische Energie kann direkt oder über ein Getriebe an die Kurbelwelle abgegeben werden. Ein ähnliches Sparpotenzial sieht Bosch auch in der Hybridisierung des Antriebsstrangs.

Kompakte Parallel-Vollhybridtechnik

Dazu arbeitet das Unternehmen an der Parallel-Vollhybridtechnik, die sich kompakt in den Triebstrang eines Nutzfahrzeugs integrieren lässt. Rekuperation und elektrisches Boosten sollen den Kraftstoffverbrauch bei mittleren und schweren Lkw künftig um sechs (Fernverkehr) bis 20 (städtischer Verteilerverkehr) Prozent senken.

Bosch setzt seit diesem Jahr ein druckübersetztes Common-Rail-System mit 2.500 bar Einspritzdruck bei Mercedes-Benz-Lkw in Serie ein.
Bosch setzt seit diesem Jahr ein druckübersetztes Common-Rail-System mit 2.500 bar Einspritzdruck bei Mercedes-Benz-Lkw in Serie ein.
(Bosch)

Für Länder mit entsprechender Infrastruktur bietet man auch Komponenten für monovalente und bivalente Erdgasantriebe an. Bei ihrer Kernkompetenz der Einspritzung, setzen die Schwaben mit dem aktuellen Common-Rail-System auf einen nochmals erhöhten Einspritzdruck von 2.500 bar und erforschen bereits 3.000-bar-Systeme. In Verbindung mit AGR-Systemen sowie SCR-Katalysatoren will Bosch so den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen reduzieren.

Einspritzdrücke von bis zu 3.000 bar

Einspritzdrücke von bis zu 3.000 bar kündigt auch Delphi mit einer neuen Generation von Common-Rail-Systemen an. Sie haben laut Delphi die Besonderheit, dass sie sich ohne große konstruktive Änderungen in bestehende Motorenplattformen integrieren lassen, auch in solche mit bisheriger Pumpe-Düse- beziehungsweise Pumpe-Leitung-Düse-Technik.

Die variable Flügelzellen-Ölpumpe von KSPG kann mit zusätzlichen Thermostat- oder Magnetventilen noch energieffizienter arbeiten.
Die variable Flügelzellen-Ölpumpe von KSPG kann mit zusätzlichen Thermostat- oder Magnetventilen noch energieffizienter arbeiten.
(KSPG)

Weitere Eigenschaften sind mindestens fünf Einspritzvorgänge pro Arbeitszyklus, eine flexible Pumpenkonstruktion mit wählbarer Förderleistung sowie ein modularer Systemaufbau für die flexible Anpassung an Motoren von sieben bis 16 Liter Hubraum. Diese Grundkonstruktion soll auch künftige Anforderungen über Euro 6 hinaus erfüllen, so Delphi.

Verbesserungspotenzial am Getriebe

Doch nicht nur am Motor, auch am Getriebe ist noch Verbesserungspotenzial zu erschließen. ZF hat dafür ein neues automatisches Getriebesystem für mittlere und schwere Lkw entwickelt.

Vorausschauende Schaltstrategie PreVision GPS und ZF TraXon: Mit Hilfe von GPS-Daten und digitalen Karten schaltet ZF seine neuen Getriebe künftig abhängig vom Gelände.
Vorausschauende Schaltstrategie PreVision GPS und ZF TraXon: Mit Hilfe von GPS-Daten und digitalen Karten schaltet ZF seine neuen Getriebe künftig abhängig vom Gelände.
(ZF Friedrichshafen)

Das Baukastensystem umfasst ein Grundgetriebe mit zwölf oder 16 Gängen, sowie mehrere optionale Module. Etwa ein Hybridmodul mit einem 120 Kilowatt starken Elektromotor, ein Doppelkupplungsmodul, eine Wandlerschaltkupplung für verschleißfreies Anfahren von Schwerlast-Zugmaschinen oder ein motorabhängiger Nebenabtrieb für Aggregate wie etwa Betonpumpen.

Elektrisch unterstützte Lenkung für leichte Nutzfahrzeuge

Wie die Elektrifizierung des Nutzfahrzeugs Kraftstoff sparen kann, zeigen ZF und Bosch auch bei der Lenkung: Ihr Joint Venture ZF Lenksysteme hat die elektrisch unterstützte Lenkung für Pkw jetzt für leichte Nutzfahrzeuge weiterentwickelt. Sprinter & Co. können dadurch im NEFZ-Fahrzyklus auf einen Schlag bis zu 0,6 Liter Kraftstoff einsparen.

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