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Fahrzeug-Elektronik für BHKW
Das von der Bosch Engineering GmbH für den Markt der Kraft-Wärme-Kopplung angepasste Motormanagementsystem und seine erste Anwendungen stellt Achim Haller* vor.
 

Die als Ingenieurdienstleister und 100-prozentige Tochter der Robert Bosch GmbH 1999 gegründete Bosch Engineering GmbH mit Sitz in Abstatt entwickelt individuelle Lösungen für Elektroniksysteme. Die enge Bindung an die Muttergesellschaft ermöglicht der Tochter dabei den Zugriff auf das gesamte Produktportfolio von Bosch, so dass sie ihren Kunden den Einsatz erprobter Großserienkomponenten - unabhängig von der Stückzahl und dem Einsatzgebiet - bieten kann. Was mit Fahrzeugen der Luxusklasse, Studien und Sondermodellen von Serienfahrzeugen begann, haben die Experten der Bosch Engineering mittlerweile auf unterschiedliche Einsatzgebiete wie Nutzfahrzeuge, Bau- und Landmaschinen, Schienenfahrzeuge, Roboter und unbemannte Fahrzeuge, maritime Anwendungen sowie Freizeitfahrzeuge übertragen.

Seit 2007 arbeiten die Entwickler der Bosch Engineering ebenfalls am Einsatz von Bosch-Technik für industrielle Anwendungen wie Blockheizkraftwerke (BHKW). Durch steigende Energiekosten und strenge Abgasgrenzwerte werden auch an den Betrieb der BHKW hohe Anforderungen an Verbrauch, Emissionen und Leistung gestellt. Diesen Herausforderungen stellt sich Bosch seit vielen Jahren im Automobilbereich und bietet Antriebstechnologien für sparsame und umweltfreundliche Motoren, die Betriebskosten, Verbrauch und Emissionen reduzieren. Die Bosch Engineering nutzt diese Technologien nun auch für den wirtschaftlichen Betrieb von BHKW. Bestehende Systeme und Komponenten aus dem Automobilbereich von Bosch, wie Motorsteuerung, Zündungskomponenten und Sensorik, werden durch Softwareanpassungen der Bosch Engineering speziell für die Anwendungen in BHKW verfügbar.

Regelung für Zündung, Drehzahl und Gemisch

Um einen stationären Gasmotor verbrauchsoptimiert und mit geringen Emissionen zu betreiben, sind ein effizientes Zündsystem, eine spezielle Drehzahlregelung sowie eine optimale Gemischregelung notwendig. Eine präzise ausgelegte Zündung sorgt für optimale Verbrennung und senkt somit CO2-Emissionen sowie Kraftstoffverbrauch und damit die Betriebskosten. Entscheidende Einflussfaktoren sind der Zündzeitpunkt sowie die Funkendauer, die durch die Motorsteuerung und die eingesetzten Zündungskomponenten, basierend auf dem Prinzip der Induktivzündung, optimal geregelt werden.

Motorsteuerung von Bosch macht BHKW noch effizienter
Bild: Bosch Engineering

Um die Motordrehzahl permanent zu überwachen, werden robuste Drehzahlsensoren auf der Kurbel- oder Nockenwelle eingesetzt. Sie ermitteln kontinuierlich die Motordrehzahl und leiten diese Daten an die Motorsteuerung weiter. Die präzise und schnelle Regelung der Motorsteuerung hält den Motor somit kontinuierlich im optimalen Last- und Drehzahlbereich.

Um den Betrieb von BHKW ausfallsicher zu machen, ergänzt die Bosch Engineering das Motormanagementsystem um eine Klopfregelung. Dabei werden direkt am Motorblock Klopfsensoren angebracht. Die Regelung ordnet auftretende Klopfereignisse zylindergenau zu und führt entsprechende Sicherheitsmaßnahmen aus, um die Wirkungsgradverluste während der Klopfregelung so gering wie möglich zu halten.

Die Bosch Engineering bietet für die Motorsteuerung mit integrierter Klopfregelung eine Steuergerät-Lösung an, die alle Motorsteuerungsfunktionen in einer Einheit integriert. Dies ermöglicht eine direkte und schnelle Kommunikation zwischen Funktionalitäten und Regelgrößen, wobei Signalübertragungen und Kommunikationsschnittstellen zwischen verschiedenen Geräten entfallen. Dies führt neben einer Effizienzsteigerung auch zu Kosteneinsparungen. Ebenso ermöglicht eine integrierte Steuergerät-Lösung eine umfangreiche Diagnose des Gesamtsystems. Dies verkürzt die Fehlersuche am Motor und erhöht damit die Verfügbarkeit des BHKW. Als Weiterentwicklung im Diagnose-Bereich ist z.B. eine Fernwartung möglich.

Erste Erfahrungen mit der Kraft-Wärme-Kopplung machte die Bosch Engineering 2007 gemeinsam mit der Firma ESS Energie Systeme & Service GmbH in Landsberg/Lech. Die 1983 gegründete Firma ESS stellt serienmäßig erdgas- und biogasbetriebenen BHKW her. Seit 2008 wurden erste BHKW von ESS mit Motorkomponenten und einer angepassten Motorsteuerung der Bosch Engineering ausgestattet und in Dauerläufen und Langzeittests erprobt. Unter anderem wurde in einem Schwimmbad im bayerischen Landsberg am Lech ein Vier-Zylinder-Motor eines erdgasbetriebenen BHKW zu Beginn des Dauerlaufs mit einem angepassten Motorsteuergerät und Zündsystem der Bosch Engineering ausgestattet. In den folgenden Monaten wurden weitere Funktionen, die Drehzahl-, Klopf- und Gemischregelung, integriert. Durch den Betrieb in einem Lastpunkt des BHKW konnten die verbauten Komponenten ihre Dauerhaltbarkeit unter Beweis stellen. Die an diesem Pilotprojekt erzielten Kenntnisse und gewonnenen Erfahrungen wurden bereits auf ein BHKW mit einem mager-betriebenen Zwölf-Zylinder-Turbo-Motor übertragen und verifiziert.

Aufgrund der positiven Resultate der Dauerlauftests wird die Firma ESS auch in Zukunft das Motormanagementsystem der Bosch Engineering in der Serienfertigung ihrer BHKW verwenden. Weitere Studien und Dauerläufe sind auch mit anderen BHKW-Herstellern geplant, wie der Firma Köhler und Ziegler in Lollar.

Neben den bisher für BHKW eingesetzten Komponenten aus dem Bosch-Automobilbereich, wie Motorsteuerung, Zündungskomponenten und Sensorik, sowie individuellen Softwareanpassungen der Bosch Engineering, gibt es weitere Produkte der Automobiltechnik von Bosch, die für den sparsamen und umweltfreundlichen Betrieb von BHKW eingesetzt werden können. So können Abgasnachbehandlungssysteme für Nutzfahrzeuge von Bosch dafür sorgen, dass BHKW in Zukunft noch geringere Emissionswerte aufweisen und noch effizienter werden. Das Problem der Schall-Emissionen bei stationär betriebenen Gasmotoren kann mit einer aktiven Lärmkompensation (Gegenschall) gelöst werden. Dabei wird ein entstehender Schall durch Einbringung eines gegenphasigen Schalls drastisch reduziert. Diese Funktion hat die Bosch Engineering bereits in einer Automobilstudie mit Eberspächer demonstriert. 

*Achim Haller, Bosch Engineering GmbH, Abstatt


 
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Donnerstag, 28.10.2010, 15:43 Uhr