6. Mai 2020
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RIGHTSIZING STATT DOWNSIZING
Reduktion der Zylinderzahl bei Nutzfahrzeugmotoren
Downsizing ist bei Pkw-Motoren eine wirkungsvolle Maßnahme, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Dieser Trend kann jedoch nicht ohne weiteres von Personenkraftwagen auf Nutzfahrzeuge übertragen werden. Hier liegt der Fokus auf „Rightsizing“ mit dem Ziel, das Hubvolumen der Motoren besser an den Leistungszielwert anzupassen. Einsparungen – insbesondere mit Blick auf die Produktionskosten – können zudem durch eine Reduktion der Zylinderzahl bei gleichbleibendem Hubraum gemacht werden, wie Untersuchungen der FEV zeigen. Nutzfahrzeugmotoren müssen scharfe Abgasemissionsgrenzwerte auch unter Volllast einhalten. Zudem limitieren eine vergleichsweise niedrige Nenndrehzahl und hohe Erwartungen an die Lebensdauer die maximale spezifische Leistung. Während Pkw-Motoren bereits Werte über 70 kW pro Liter erreichen, sind schwere Nutzfahrzeugmotoren bisher über ein Maximum von etwa 35 kW pro Liter nicht hinausgekommen. „Für Nutzfahrzeug-Anwendungen wird ein Trend zum Rightsizing beobachtet“, erklärt Dr. Peter Heuser, Group Vice President Nutzfahrzeug-, Industrie- und Großmotoren. „In den letzten Jahren haben so alle größeren Nutzfahrzeughersteller Motoren in der Zehn-Liter-Klasse auf den Markt gebracht und damit die Lücke zwischen den herkömmlichen Sieben-Liter-MD und Zwölf-Liter-HD-Motoren geschlossen.“
Verringerte Zylinderzahl, gleiche Leistung, gleicher Hubraum
>>ERSETZT MAN EINEN SECHSZYLINDER DURCH EINEN VIERZYLINDER MIT 1,5-MAL GRÖSSEREM EINZYLINDERHUBVOLUMEN, WERDEN PRODUKTIONSKOSTEN, BAURAUM UND GEWICHT GESENKT – BEI GLEICHZEITIG BESSEREM WIRKUNGSGRAD
Untersuchungen bei FEV zeigen, dass sich die Produktionskosten eines Motors mit vorgegebener Leistung wirkungsvoll senken lassen, indem die Zylinderzahl reduziert und das Hubvolumen der verbleibenden Zylinder entsprechend erhöht wird. Dies kann erreicht werden, indem ein Motor mit sechs Zylindern durch einen Vierzylinder mit einem 1,5-fachen Einzelzylinderhubvolumen ersetzt wird.
Neben den Kosten werden der benötigte Bauraum und das Gewicht reduziert bei gleichzeitig besserem Wirkungsgrad. Die Verschlechterung des NVH-Verhaltens aufgrund des größeren Zündabstandes und der freien Massenkräfte zweiter Ordnung kann nahezu vollständig mit einem Zweimassenschwungrad und Massenausgleichswellen kompensiert werden. Diese zusätzlichen Komponenten wurden bei der Bewertung hinsichtlich Kosten, Größe, Gewicht und Kraftstoffverbrauch berücksichtigt.
Kostenersparnis durch Modularität
Vierzylindermotoren mit einem für HD-Motoren üblichen Zylinderhubvolumen von etwa zwei Litern eröffnen nicht nur das Kostenpotenzial der Zylinderzahlreduzierung. Dadurch dass ein großer Leistungsbereich mit einem gemeinsamen Bohrungsdurchmesser abgedeckt werden kann, werden die Modularität und der Gleichteileumfang einer ganzen Motorenfamilie verbessert.
Vergleich eines 4-Zylinder-Motors mit einem 6-Zylinder gleichen Hubvolumens
MD und HD Motorenfamilie
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