Mechatronische Komponenten für Euro 6-Nutzfahrzeugmotoren

Damit die weltweit immer weiter verschärften Abgasgesetzgebungen für Nutzfahrzeugmotoren erfüllt werden können, entwickelt die Pierburg GmbH Lösungen rund um den Abgasstrang. Zu den mechatronischen Komponenten für Euro 6-Motoren gehören unter anderem AGR-Ventile, Abgasklappen und Rückschlagventile, die kontinuierlich weiterentwickelt werden. Sie sind für lange Laufzeiten konstruiert, robust und in den neueren Generationen vor allem auch kostenoptimiert. Speziell für den Industriemotorenbereich sind im Verlauf des Jahres 2014 AGR-Kühlermodule bei einem großen Motorsystem-OEM in Serie gegangen. Pierburg leistet zudem einen Beitrag zum Thema „Thermomanagement“ und wird ab 2014 Lösungen für die Bypassierung von Kühlern im Nutzfahrzeug anbieten.

Insgesamt konnte im Zeitraum von 2012 bis 2014 der Umsatz für das Segment der Nutzfahrzeug- und Industriemotoren verdoppelt werden. Eine wichtige Rolle spielt hierbei die weltweite Präsenz des Zulieferers, der mit Produktionsstätten rund um den Globus dem häufig geäußerten Kundenwunsch nach einer Produktion direkt vor Ort nachkommen kann. Insbesondere für OEMs, die schon in Asien präsent sind, oder dort mit neuen Motorengenerationen präsent sein wollen, ergeben sich individuelle Möglichkeiten der Zusammenarbeit.

Intelligentes Baukastensystem reduziert Kosten

Für den Commercial Diesel-Markt legen aktuell wahlweise AGR-Kühler oder AGR-Mixer den Grundstein für komplette Abgas-Module aus Pierburg-Produkten. Deren Vorteil liegt darin, dass Einzelkomponenten aus dem entsprechenden Baukasten – vom AGR-Ventil, AGR-Kühler und dem Rückschlagventil bis hin zur Abgasstau-klappe und Drosselklappe in einer kompakten, aufeinander abgestimmten Bauweise kombiniert werden. Motoren der Leistungs-klassen von 50 bis 560 Kilowatt lassen sich damit bedarfsgerecht, kostengünstig und robust ausstatten. Durch die Auswahl von ausgereiften Komponenten aus einer Hand entsteht eine maßgeschneiderte Lösung für einen Abgasstrang, ohne dass sich der Hersteller um die Systemintegration der Einzelprodukte oder qualitätssichernde Maßnahmen kümmern muss.

AGR-Ventile für Nutzfahrzeuge

Für Light- und Medium-Truck-Applikationen sind bereits seit 2011 Teller AGR-Ventile erfolgreich in Serie. Sie haben eine sehr geringe interne Leckage und basieren auf einem eigens für den Medium Duty-Markt entwickelten DC Motor; ihre Laufleistung ist auf bis zu 10.000 Betriebsstunden ausgelegt.

Bei der Entwicklung des zum AGR gehörenden DC Motors bestand die größte Her-ausforderung darin, die erhöhte Schwingfestigkeit zu gewährleisten und den Bürs-tenverschleiß auf ein Minimum zu reduzieren. Der von Pierburg selbst produzierte Motor stellt preislich einen Systemvorteil gegenüber bürstenlosen Antrieben dar, was insbesondere für Light- und Medium-Duty-Anwendungen interessant ist. Je nach benötigter Durchflussrate kommen wahlweise ein- oder zweiflutige Ventile zum Einsatz. Damit sind mit diesen Ventilen AGR-Raten bis zu etwa 180 Kilogramm pro Stunde möglich. Teller AGR-Ventile werden durch ein PWM Signal angesteuert; sie sind „On Board Diagnose“ (OBD) fähig und für 12- oder 24-Volt-Applikationen verfügbar.

Werden Lebensdaueranforderung von über 20.000 Stunden und eine stärkere Aktuatorik oder eine CAN-Bus Schnittstelle benötigt, setzt Pierburg auf seinen HD-Aktuator Baukasten. Der Hersteller liefert dabei den Aktuator und die AGR-Klappen aus einer Hand. Damit ist sichergestellt, dass die einzelnen Komponenten perfekt aufeinander abgestimmt sind. Grundsätzlich handelt es sich bei den Aktuatoren und Ventilkörpern um eigenständige Baugruppen, die in dem Baukastensystem miteinander kombinierbar sind. Dabei sind sowohl ein- als auch zweiflutige Abgasrückführventile darstellbar, deren Klappendurchmesser zwischen 30 und 50 Millimetern variieren. Somit decken sie einen Hubraum von 4 bis 16 Litern und Leis-tungen von 100 bis 600 Kilowatt ab.

Das AGR-Ventil besteht aus einem temperaturfesten, gekühlten Aktuator und einem Ventilkörper, der durch eine Koppelstange mit dem Aktuator verbunden ist. Durch diese Aufteilung erhält man eine thermische Entkopplung, die aufgrund der hohen Abgastemperaturen unabdingbar ist. Die parallele Anordnung der Ventilachse zur Aktuatorachse stellt eine günstige Lösung hinsichtlich der Package-Anforderungen am Motor, bzw. im Fahrzeug dar.

Die Aktuator-Elektronik basiert in der zweiten Produktgeneration auf einem 16 bit Controller, dessen Software bei Bedarf auch über das Motorsteuergerät aktualisiert werden kann. Die implementierte CAN-Bus Schnittstelle ermöglicht volle OBD- und Service-Funktionalität und stellt sich selbständig auf ein Bordnetz mit 12 oder 24 Volt ein.

Abgasklappen aus einer Hand

Auch Abgasklappen nehmen in der Kette der mechatronischen Abgasregelkompo-nenten für Euro 6-Applikationen einen wichtigen Platz ein. Im Motorbetrieb werden sie für unterschiedlichste Aufgaben eingesetzt. Dazu gehören unter anderem die Erhöhung des treibenden Druckgefälles zur Verbesserung der AGR-Rate, die Unterstützung der Motorbremsfunktion und der Schaltunterstützung sowie das Thermomanagement für das SCR-System oder der Regenerierung des Diesel-Partikel-Filters (DPF). Wie bei den AGR-Ventilen bietet Pierburg auch in Sachen Abgasklappen unterschiedliche Lösungsansätze speziell für die Bedürfnisse von Light-, Medium- und Heavy Duty-Motoren an.

Der Serienstart von DC-motorischen Abgasklappen mit einem Klappendurchmesser bis zu 80 Millimetern war 2011. Die Aktuatoren hierfür sind für eine Lebensdauer von 8.000 bis 10.000 Stunden ausgelegt, werden mit PWM angesteuert und haben einen auf die erhöhten Anforderungen ausgelegten DC Motor von Pierburg. Für den Fall dass die Umgebungstemperatur zu hoch und keine Luftkühlung gewährleistet wird ist optional eine Wasserkühlung des Aktuators möglich.

Da auch bei den Abgasklappen die Schwingbelastung des Verbrennungsmotors den Aktuator extrem belastet, wird dieser thermisch und mechanisch vom Klappengehäuse entkoppelt, was sich positiv auf seine Lebensdauer auswirkt. Auch die Klappenlagerung ist extra für elektrische Aktuatoren entwickelt worden und zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer, geringe Reibung und geringe Leckagen aus.

Im Fall größerer Klappendurchmesser von bis zu 120 Millimetern empfiehlt Pierburg den Einsatz eines bürstenlosen HD Aktuators der zweiten Generation. Er erfüllt die gleichen elektrischen und softwareseitigen Spezifikationen wie bei den AGR-Ventilen. Sprich: die Aktuator-Elektronik basiert auf einem 16 bit-Controller, dessen Software bei Bedarf auch über das Motorsteuergerät aktualisiert werden kann. Die implementierte CAN-Bus Schnittstelle ermöglicht volle OBD- und Service-Funktionalität und stellt sich selbständig auf ein Bordnetz mit 12 oder 24 Volt ein.

Als Neuerung ist die von den Medium-Duty-Abgasklappen bekannte Lagerung nun auch auf die Klappen für den Heavy Duty-Bereich adaptiert worden. Dies geht mit einer zusätzlichen Entkopplung einher, die die Robustheit der Komponente nochmals steigert. Damit hat der Hersteller bei den Abgasklappen das gesamte Paket von Klappe und Aktuator aus einer Hand im Programm und stimmt diese je nach Anforderung des Kunden bestmöglich aufeinander ab.

Rückschlagventile in zwei Varianten

Langjährig erfolgreiche Produkte speziell für den Commercial Diesel Markt sind Rückschlagventile. Sie werden bei großen Motoren auf der AGR-Strecke nach dem Kühler eingebaut und erhöhen bei partiell negativem Spülgefälle die AGR-Rate. Rückschlagventile sind in Hochtemperaturvarianten für bis zu 230° Grad und für den normalen Betrieb und Temperaturen von bis zu 180° Grad erhältlich.

Neu im Portfolio ist das so genannte „Composite“ Rückschlagventil, das für Motoren bis acht Litern empfohlen wird und preislich eine interessante Alternative zu bislang gängigen Lösungen darstellt.

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