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Automobil- und Industrieelektronik

Branchenkleinster Hall-Sensor integriert 100-nF-Kondensatoren

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Beim Gesamtverbrauch in modernen Fahrzeugen spielen mehrere Faktoren eine Rolle, wobei sich eine Reihe verfügbarer Technologien für die Einhaltung der neuen Normen für 2017 bis 2025 eignen. Darunter sind Entwicklungen wie neuartige Getriebe, Start-Stopp-Systeme, Verringerung des Fahrzeuggewichts, geringer Reifenabrollwiderstand sowie Verbesserungen der aerodynamischen Eigenschaften und der Klimaanlage. Hybrid- autos oder vollelektrische Fahrzeuge erreichen erheblich niedrigere Emissionswerte, doch aufgrund ihrer höheren Kosten und den hohen Anforderungen an die Elektronik ist ihre Marktdurchdringung noch recht beschränkt.

Verglichen mit diesen Technologien ermöglicht die Einführung fortgeschrittener Benzin- und Dieselmotoren hinsichtlich Kraftstoffverbrauch einen wesentlich verbesserten Wirkungsgrad und gilt als wichtigster Beitrag zu einer besseren Umweltbilanz: Ein 10% geringerer Kraftstoffverbrauch kann zu einer CO2-Reduzierung von bis zu 15 g/km führen.

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Das Prinzip Drive-by-wire und der geregelte Luftkreislauf

Der Verbrennungsmotor hat mit der Einführung von hydraulischen und elektromechanischen Aktoren aufgrund verbesserter elektronischer Systeme im vergangenen Jahrzehnt enorme Veränderungen durchlaufen. An die Stelle des Bowden-Zugs, der früher das Gaspedal mit der Drosselklappe verband, trat beispielsweise nun die elektronische Drosselklappe (Electronic Throttle Control, ETC). Eine elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU) ermittelt die erforderliche Drosselklappenstellung, indem die Messdaten verschiedener Sensoren wie Gaspedalsensor oder Motordrehzahlsensor ausgewertet werden. Mittels eines Steueralgorithmus in der ECU wird ein Elektromotor angesteuert und die Drosselklappe in die erforderliche Position gebracht.

Die meisten Autofahrer sind sich der Vorteile der ETC gar nicht bewusst, da die Kenndaten des Fahrzeug-Antriebsstrangs nahtlos konsistent und unabhängig von den vorherrschenden Bedingungen wie Motortemperatur, Luftdruck und Beladung erfasst werden. Dies alles läuft „hinter den Kulissen“ ab und erleichtert dem Fahrer den Gangwechsel und den Umgang mit dramatischen Drehmomentwechseln bei starker Beschleunigung oder Verzögerung. Zudem nützt dies auch dem Fahrzeugmotor, da die Drosselklappe unabhängig von der Lage des Gaspedals bewegt werden kann.

Neben der elektronischen Drosselklappensteuerung benötigen neuere Motoren noch weitere Verfeinerungen, etwa einen Regelkreis im Air-Management des Motors, um die strengen Emissionsnormen zu erfüllen. Die Euro-6-Norm sieht minimale Umweltbelastungswerte vor, mit einer Verringerung des Stickoxidausstoßes (NOx) um 77% im Vergleich zur aktuellen Euro-5-Norm.

Bei der seit vielen Jahren zum Einsatz kommenden Abgasrückführung (AGR) handelt es sich um eine Anzahl von Bauelementen, die sowohl die Menge als auch Temperatur und Durchgangsrate der Abgase regelt, die zurück in die Verbrennungskammern geführt werden. Diese teilweise Wiederverwertung der Abgase senkt die Verbrennungstemperatur und verringert so die NOx-Bildung beim Fahren unter Volllast.

Diese Technologie ist jedoch nicht auf einen bestimmten Motorentyp beschränkt, sodass wir mittlerweile eine Art Konvergenz in der Bauweise des Luftkreislaufs bei Diesel- und Benzinmotoren beobachten können. Die Leistung eines Dieselmotors wird über die Regulierung der Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder gesteuert.

Da die Luftzufuhr bei diesem Motorentyp nicht geregelt werden muss, wird auch keine Drosselklappe im Lufteinlass benötigt. Um den strengeren Emissionsnormen zu genügen, verfügen neuere Dieselmotoren nun dennoch über eine Drosselklappe (wie bei Benzinmotoren) mit deren Hilfe ein Unterdruck am Ansaugkrümmer erzeugt wird. Dadurch kann Abgas durch ein AGR-Untersystem eingeleitet werden, sodass die Verbrennungstemperatur abgesenkt und lediglich ein Minimum an NOx erzeugt wird.

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