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S. Winter:
"Auswahlkriterien für Verbrennungskraftmaschinen in einem Range Extender Plug-In Hybridfahrzeug";
Report No. B09029, 2009; 45 pages.

Rein elektrisch betriebene Fahrzeuge bieten den Vorteil des emissionsfreien Betriebs und erfüllen damit die immer schärferen Verbrauchs- und Emissionsanforderungen. Den derzeitig hohen Kosten der Batterie kann durch sogenannte Range-Extender-Fahrzeuge (REX-Fahrzeuge) begegnet werden. Bei diesen Fahrzeugen dient eine Batterie mit geringerer Kapa¬zität zur Abdeckung der durchschnittlichen Fahrdistanzen im rein elektrischen Betrieb. Bei Bedarf kann mit einer an einen Generator gekoppelten Verbrennungskraftmaschine (VKM) im Ein¬punkt¬betrieb die Reichweite vergrößert werden. Die vorliegende Arbeit dient zur Auswahl einer geeigneten VKM für ein REX-Fahrzeug der Kompakt¬wagen¬klasse. Es werden zwei Entwicklungsstufen des Fahrzeugs unterschieden. Eine VKM für die 1. Stufe (bis 2013) zeichnet sich durch einen geringen Anpassungsaufwand aus, während eine VKM für die 2. Stufe (2018/2019) an den spezifischen Ein¬satz im REX-Fahrzeug angepasst werden kann. In der ersten Phase der Arbeit wurden Simu¬lations¬rechnungen durchgeführt um die Auswirkungen der VKM-Leistung auf das Fahrverhalten des Gesamtfahrzeugs abzuschätzen. Zu diesem Zweck wurden zwei VKM-Leistungsklassen betrachtet, 7.5 kW und 25 kW. Die Ergebnisse zeigen, dass die VKM-Leistung sowie die Einschaltstrategie der VKM keinen Einfluss auf die Reichweite im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEDC) haben. Mit der 25 kW-VKM kann die Batterie deutlich schneller aufgeladen werden als beim 7.5 kW Aggregat, was zu einer kürzeren Einschaltdauer führt und somit für Komfortvorteile genutzt werden kann. Volllastversuche zeigen auf, dass eine VKM-Leistung von 7.5 kW nicht ausreicht, um zufriedenstellende Fahr¬leistungen zu realisieren. In der zweiten Phase dieser Arbeit werden die Technologien Otto-4-Takt, Otto-2-Takt, Diesel, Wankel, Gasturbinen, Stirling (inklusive Freikolbenmotor) und Dampfmotor in den zwei Leistungsklassen hinsichtlich der Eignung für den Einsatz im REX-Fahrzeug näher beleuchtet und ausgewählte Beispiele angeführt. Die letzte Phase der Arbeit widmet sich der Bewertung der VKM-Technologien und der Auswahl einer geeigneten VKM für beide Leistungsklassen. Bei einem Vergleich der Aggregate anhand der Kriterien Geräusch & Vibrationen, Kosten, Verfügbarkeit, Masse, Bauraum, Reifegrad, Verbrauch und Emissionen, zeigt sich, dass in beiden Leistungsklassen der Otto-4-Taktmotor derzeit die beste Wahl für die 1. Stufe des REX-Fahrzeugs darstellt. Die Stärken dieser Technologie liegen bei den Kosten, der Verfügbarkeit, dem Reifegrad, dem Verbrauch und den Emis¬sionen. Für die 2. Generation des REX-Fahrzeugs eignet sich der Otto-2-Takt¬motor als Alternative zum Otto-4-Taktmotor. Konzeptbedingt bringt der 2-Taktmotor Vorteile hinsichtlich der Vibrationen, der Kosten, der Masse und dem Bauraum. Der Anpassungsaufwand würde die Optimierung auf den Einpunktbetrieb, die Umrüstung auf Direkteinspritzung und eine Abgasnachbehandlung mit einem 3-Wege-Katalysator umfassen. Vertreter der Technologien Gasturbine, Stirlingmotor und Dampfmotor eignen sich aufgrund der schlechten Verfügbarkeit und der hohen Kosten für einen Betrieb im REX-Fahrzeug nicht.