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Technik-Hintergrund Durchflussmengenbegrenzer

Energie-Wende beim Motorsport ab 2014

LMP, Rennszene Foto: Brooks 4 Bilder

Die Durchflussmengenbegrenzer sind ein zentraler Baustein der Motoren-Reglements für die Formel 1 und die LMP1-Wagen, denn sie wachen ab 2014 über die Einhaltung von Energie-Obergrenzen.

01.04.2013 Marcus Schurig Powered by

Die Größe eines technischen Bauteils sagt manchmal recht wenig über seine wahre Bedeutung aus. Ein gerade mal 164x36 Millimeter großes Bauteil hält im Moment die Verantwortlichen der FIA ganz gehörig auf Trab. Das kleine Ding hört auf den langen Namen Durchflussmengenbegrenzer oder Fuel Flow Meter und soll ab der Saison 2014 im Prototypensport nach Le-Mans-Reglement sowie in der Formel 1 die Begrenzung der zur Verfügung stehenden Energiemenge kontrollieren.

Technik bietet Chancengleichheit im Sport

Die Bedeutung dieses Durchflussmengenbegrenzers beispielsweise für den LMP1-Sport ist nicht zu unterschätzen. Funktioniert das Mess- und Kontrollinstrument einwandfrei, garantiert es die Chancengleichheit im Sport, besonders zwischen unterschiedlichen Motorkonzepten - von Saugmotoren über Turbotriebwerke bis hin zu Selbstzündern, wie sie Audi verwenden wird. Funktioniert der Fuel Flow Meter aber nicht, käme das einer Katastrophe gleich, denn jedem Triebwerkkonzept wird laut Reglement eine exakt bestimmte Energiemenge pro Runde in Le Mans zugeteilt. Der Fuel Flow Meter ist also der eigentliche Dreh- und Angelpunkt des Energie basierten Le-Mans-Reglements für 2014, ohne ihn bricht das ganze Konstrukt zusammen.

Denn Schwankungen bei der Messgenauigkeit könnten die Rennen entscheiden und für einen handfesten Skandal sorgen, wenn beispielsweise ein Fahrzeug gewinnt und sich später herausstellen sollte, dass der Siegerwagen mehr Energie verballert hat als erlaubt. Ähnlich hoch ist die Bedeutung des Bauteils für die Formel 1, denn auch dort wird die Energiemenge über den Durchfluss kontrolliert - und sorgt so für gleiche Startvoraussetzungen.

Keine Alternativen in Sicht

Die FIA steht vor der kniffligen Herausforderung, das Problem unter hohem Zeitdruck lösen zu müssen, denn im März 2014 - also in einem Jahr - muss das System einwandfrei funktionieren. Ursprünglich standen zwei Anbieter zur Auswahl. Die mechanische Messeinrichtung der Firma EESITEC, die mittels eines in die Kraftstoffleitung integrierten Turbinenrades die Energiemenge misst, fiel schon vor geraumer Zeit wegen zu großer Ungenauigkeit durch. Nun hat die FIA nur noch eine Option - das Ultraschall-Messsystem der Firma GILL Sensors. Die Briten tüfteln seit zwei Jahren an ihrem Ultraschallverfahren, das ursprünglich für die Formula Student entwickelt wurde.
 
Die FIA hat zudem keine Alternativen, wie Fabrice Lom, der Motoren-Experte der FIA, erläutert: „Einerseits bewerten die neuen Regularien Benzinmengen entweder pro Runde wie in Le Mans oder über die komplette Renndistanz, wie in der Formel 1. Natürlich hätten wir die Verbräuche und Nachtankmengen nach dem Rennen bestimmen können, doch das wäre zu unpräzise, zeitaufwendig und daher wenig praktikabel. Zweitens bewerten die Reglements den augenblicklichen Durchfluss im Fahrzeug, also den konstanten Maximaldurchfluss in der LMP1-Klasse und die maximale Durchflussfunktion bezogen auf die Drehzahl in der Formel 1. Daher benötigen wir ein Onboard-Werkzeug, das den Durchfluss permanent und akkurat bestimmt.“

Benzin und Dieselkraftstoff sowie F1-Sprit

Zwei weitere Fallstricke komplizieren die Lösung: „Zum einen haben wir im Prototypensport Teilnehmer mit Benzin- und Dieselmotoren, was besondere Anforderungen an die Präzision stellt. Zum anderen benutzt in der Formel 1 jeder Motorenhersteller sein eigenes, perfekt abgestimmtes Benzingemisch“, erläutert Fabrice Lom.
 
Die FIA geht im Moment davon aus, dass sie das GILL-System bis Ende März homologieren kann. Das wäre dann sozusagen auf der letzten Rille, denn alle Motorenhersteller aus dem Le-Mans-Sport und aus der Formel 1 benötigen das Bauteil, um es auf dynamischen Prüfständen weiter zu testen. Der Knackpunkt ist die Messgenauigkeit: Im Le-Mans-Reglement für 2014 ist momentan eine Abweichung von 0,5 Prozent fixiert. Das ist eine hohe Hürde, denn Automobil-Hersteller arbeiten auf stationären Motorprüfständen mit AVL-Kraftstoffwagen, die eine Messgenauigkeit von gerade mal einem Prozent schaffen. Im Motorsport, an Bord eines Rennfahrzeuges, können jedoch zahlreiche Störfaktoren die Messgenauigkeit stark beeinträchtigen - wie Hitze oder Vibrationen.
 
Neville Meech, Technikchef bei GILL Sensors, ist dennoch fest überzeugt, dass seine Firma die Vorgaben der FIA erfüllen kann: „Unsere Technologie wurde von vornherein unter der internen Vorgabe entwickelt, eine maximale Abweichung von plus oder minus 0,25 Prozent einzuhalten. Dazu haben wir unter Laborbedingungen alle gebräuchlichen Arten von Kraftstoffen untersucht: die Le-Mans-Spritsorten Shell E10 ebenso wie LM24 Diesel, dazu F1-Kraftstoffe, die mit maximal 5,75 Prozent Ethanol verschnitten werden dürfen. Auf den Prüfstanden konnten wir der FIA demonstrieren, dass wir ihre Vorgaben bei der Messgenauigkeit nicht nur einhalten, sondern sehr oft sogar unterbieten. In aller Regel schaffen wir eine maximale Abweichung von nur 0,15 Prozent.“

Am kniffligsten gestaltet sich die Messung beim Dieselkraftstoff: „Beim Diesel gibt es eine Abschwächung im Ultraschall-Verfahren, an der wir noch arbeiten“, erklärt Meech. „Hier spielen die Dichte und die Viskosität eine Rolle, besonders beim Bio-Diesel. Das Ultraschall-Signal hat eine hohe Messgenauigkeit bei Benzin, weil es klarer und reiner ist und somit keine Nebengeräusche auftauchen. An der Diesel-Applikation arbeiten wir noch, aber das ist keine Frage des Messverfahrens an sich, sondern der Software.“
 
Die britische Firma GILL Sensors springt übrigens nicht ins kalte Wasser: Ihr Ultraschall-Fuel-Flow-Meter wurde bereits bei Corvette in der American Le Mans Serie mit Erfolg getestet. Zudem nutzten die LMP1-Hersteller das Verfahren bereits zu Testzwecken auf dem Prüfstand - mit durchweg positiven Ergebnissen.

Durchflussmengenbegrenzer entlarvt Betrüger

Das Arbeitsprinzip funktioniert vereinfacht so: Die Kraftstoffleitung verläuft durch die Mess-Apparatur, die einen Eingangs- und einen Ausgangsbereich aufweist. Das Benzin oder der Diesel wird in einen Durchflusskanal mit zwei Ultraschall-Tonsignalgebern geleitet. Durch den Abstand der Signalgeber kann die Zeit exakt gemessen werden, das geschieht bis zu 2.000 Mal pro Sekunde. Somit können Dichte und Durchflussrate bestimmt werden. „Wir können das System aber auch dazu nutzen, die Regelkonformität des Benzins zu überprüfen“, so Meech.
 
Um Missbrauch auszuschließen, hat GILL Sensors sogar Aufträge zur Betrugsüberprüfung erteilt - an Motorenfirmen, die früher F1-Triebwerke bauten. „Die haben sich wirklich angestrengt, aber keine Möglichkeit gefunden, unsere Apparatur auszutricksen“, freut sich Neville Meech.

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Dieser Artikel stammt aus diesem Heft
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