Meilensteine auf der „Road to 95“

Simulation zeigt hohe Einsparpotenziale bei CO2

Rheinmetall Automotive hat den Effekt zur Kohlenstoffdioxid-Reduktion seines Produktportfolios mittels aufwendiger Simulationen überprüft. Die Berechnungen zeigen, dass die Komponenten und Systeme des Automobilzulieferers erhebliches Kohlenstoffdioxid-Minderungspotenzial bieten. Mit seinen Produkten liefert das Unternehmen damit auch in Zukunft maßgebliche Beiträge zur ressourcen- und umweltschonenden Mobilität.

Die Reduktion der CO2-Emissionen ist aktuell der wichtigste Markttreiber in der Automobilindustrie. Doch schon lange vor den aktuellen Umweltdiskussionen hatte die Verringerung des unmittelbar an den CO2-Ausstoß gekoppelten Kraftstoffverbrauchs in den Entwicklungsabteilungen von Rheinmetall Automotive eine hohe Priorität. Der Automobilzulieferer ist damit langjähriger Spezialist bei der CO2-Reduktion. Dabei sind es viele kleine Rädchen, an denen die Ingenieure von Rheinmetall Automotive bei der Weiterentwicklung bestehender und der Konzeption neuer Produkte drehen, um in Summe eine möglichst große CO2-Einsparung darstellen zu können. Eine große Herausforderung dabei ist, das Einsparpotenzial jeder Einzelmaßnahme als Baustein im Gesamtsystem richtig zu bewerten: „Oftmals besteht eine Wechselwirkung zwischen den einzelnen Entwicklungen, in Kombination verändern manche sogar ihren Effekt der CO2-Reduktion“, erklärt Heinrich Dismon, Leiter Forschung und Technologie bei Rheinmetall Automotive.

Aufwendiges Simulationsverfahren

Rheinmetall Automotive ist dem Einsparpotenzial seiner Fahrzeugkomponenten im Hinblick auf den CO2-Ausstoß nun auf den Grund gegangen. „Dazu haben wir die nach aktuellem Stand der Technik modernsten Verfahren zur Fahrzeugsimulation eingesetzt“, so Dismon. Gestützt wird die Berechnung durch Testergebnisse, die bei Motorprüfstandsversuchen und durch einen inhouse aufgebauten CO2-Kompetenzdemonstrator gewonnen worden sind. Einen großen Einfluss auf die Ergebnisse der Untersuchungen nehmen die Testbedingungen, unter denen die Fahrzeugsimulation abläuft. Der verbrauchsmindernde Effekt der Rheinmetall Automotive-Produktpalette wurde daher für verschiedene gesetzlich vorgegebene Zulassungszyklen ermittelt, für den aktuellen europäischen Fahrzyklus NEFZ, den eher weltweit orientierten WLTP und den Hochlastzyklus FTP75. Bei der Auswahl des Basisfahrzeugs fiel die Entscheidung bei Rheinmetall Automotive aus guten Gründen auf ein Modell der Kompaktklasse, dem sogenannten C-Segment, mit Ottomotor.

Fahrzeugen mit Ottomotor wird es schwerer fallen, den gesetzlichen europäischen Grenzwert zu erfüllen

Denn einerseits hat das C-Segment eine sehr große Marktverbreitung, andererseits haben Ottomotoren technisch bedingt einen größeren spezifischen Kraftstoffverbrauch und höhere CO2-Emissionen als leistungsgleiche Dieselmotoren. „Damit wird es Fahrzeugen mit Ottomotor schwerer fallen, den gesetzlichen europäischen CO2-Grenzwert von 95 g CO2/km für 2020 zu erfüllen, die Aufgabe für uns Ingenieure ist also noch anspruchsvoller“, so Dismon. Im Rahmen der Gesamtfahrzeugsimulationen ermittelte Rheinmetall Automotive die Effekte durch Gewichtsreduktion mittels Einsatz von Aluminium-Leichtbaukomponenten bei den Strukturbauteilen, variable Öl- und Kühlmittelpumpen sowie ein umfassend optimiertes Zylindersystem samt Kolbengruppe und Lagerstellen im Grundmotor. Zudem wurde der Motor mit einem vollvariablen Einlassventil-Steuerungssystem einschließlich zweier elektrischer Nockenwellenphasensteller und mit einer gekühlten Niederdruck-Abgasrückführung ausgestattet.

13 Prozent weniger Ausstoß

Die Simulation im NEFZ ergab für die variable Ölpumpe eine  CO2-Einsparung von rund 1 g/km. Reibungsreduktion bei Zylindergruppe und Motorlagerungen sowie der Einsatz einer variablen mechanischen oder elektrischen Kühlmittelpumpe brachten jeweils eine  CO2-Verringerung um 3 g/km, das vollvariable Einlassventil-Steuerungssystem mit zwei elektrischen Nockenwellenphasenstellern schlug sogar mit 7 g weniger CO2/km zu Buche. Ein 50 kg geringeres Fahrzeuggewicht dank Leichtbau-Strukturbauteilen aus Aluminium sparte weitere 2 g CO2/km ein. In Summe errechnete sich eine Gesamtreduktion von rund 18 g CO2/km im NEFZ und im FTP 75. Selbst im neuen WLTP-Zyklus, der dem realen Fahrverhalten stärker entsprechen soll, lag die Reduktion immer noch bei 15 g CO2/km. „Bezogen auf den aktuell gültigen NEFZ entspricht dies mit 120 g CO2/km einer Reduktion von rund 13 Prozent, verglichen mit der Basisemission von 138 g CO2/km“, fasst Dismon die Ergebnisse zusammen.