Automotive Heizsysteme

Stand- und Zuheizungen in Pkw, Lkw oder Bussen

Unter den mobilen Heizsystemen stehen am OWI primär Stand- und Zuheizungen im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung, die zum Beispiel in Pkw, Lkw oder Bussen eingesetzt werden. Dabei werden sie einerseits in ihrer Funktion als Wärmeerzeuger für den Fahrgastraum betrachtet und andererseits als Zuheizer für Fahrzeugmotoren. Sie erzeugen zum Beispiel in modernen Dieselmotoren in der Kaltstartphase zusätzliche Wärme, um die in dieser Phase hohen Abgasemissionen zu reduzieren. Auch in den neuen Konzepten hybrider Antriebe spielen Zuheizer eine wesentliche Rolle, um Wärmedefizite auszugleichen und so die Reichweite der Fahrzeuge batterieunabhängig zu steigern.

Da insbesondere im Pkw der zur Verfügung stehende Platz für Stand- und Zuheizer sehr knapp ist, geht der Trend zu immer kleineren und kompakteren Geräten. Neben den daraus resultierenden Anforderungen an die Konstruktion von Brennern und der steigenden thermischen Belastungen für die eingesetzten Materialien ist hier auch wichtig, dass die Prozesse von der Kraftstoffdosierung bis zum Wärmeübergang in das Heizmedium optimal aufeinander abgestimmt und Emissionsgrenzwerte eingehalten werden.

OWI ist in der Forschung und Entwicklung an Stand- und Zuheizern in folgenden Bereichen aktiv:

• Entwicklung von Verbrennungssystemen, die mit den an Bord von Fahrzeugen vorhandenen Kraftstoffen betrieben werden können
• Untersuchung der Eignung verschiedener Kraftstoffe für den Betrieb von Standheizungen, insbesondere mit Blick auf regenerative und biogene Kraftstoffe in unterschiedlichen Beimischungsanteilen
• Untersuchung und Optimierung des Emissionsverhaltens von Stand- und Zuheizern
• Untersuchung der Oberflächenverdampfung in Heizgeräten hinsichtlich der Ablagerungsbildung
• Beteiligung an der Weiterentwicklung bestehender Geräte im Hinblick auf die Integration von Stand- und Zuheizungen in unterschiedliche Fahrzeugtypen und -modelle
• Untersuchung der Beständigkeit von Materialien, die zur Herstellung der Heizgeräte eingesetzt werden (Projekt GObio).
• Mit Hilfe von Versuchen wird die Standfestigkeit von Werkstoffen unter thermischer Wechselbelastung abgeschätzt. Mittels Festigkeitsberechnungen (FEM) können hochbelastete Bereiche der Geräte identifiziert und ein optimierter konstruktiver Aufbau ermittelt oder ggf. alternative Werkstoffe empfohlen werden.

Weiterentwicklung bestehender Geräte

Der reibungslose Start und Betrieb von Standheizungen in allen Fahrzeugtypen und -modellen ist nicht selbstverständlich. Es kann insbesondere durch biogene Anteile im Kraftstoff zu Ablagerungen im Brenner, an dem Zerstäuber- oder Verteilungssystem sowie in den Kraftstoffleitungen kommen. In der Regel sind daher individuelle Anpassungen für die Integration notwendig. OWI unterstützt Unternehmen der Automobil-Zulieferindustrie durch Berechnungen und Simulation sowie praktische Untersuchungen.

Darüber hinaus kann der Einsatz wechselnder Kraftstoffarten und die Beimischung regenerativer Kraftstoffe die Funktion von Standheizungen beeinträchtigen. Zum Beispiel können Bio Ethanol-Mischungen wie etwa E85 sehr verschiedene Eigenschaften aufweisen, die sich auch auf die Verdampfung und Verbrennung auswirken und zu Funktionsstörungen führen können. OWI unterstützt hier mit grundlegenden Forschungsarbeiten, etwa durch die Entwicklung von Kraftstoffsensoren mit dem Ziel einer kraftstoffabhängigen Steuerung der Standheizungen.