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Fachgebiet Motor-/Antriebsentwicklung < zurück |
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Dissertation „Neue Aufladestrategien für ein spontanes Drehmomentresponseverhalten turboaufgeladener Ottomotoren“
Dr. Jürgen Friedrich Zusammenfassung Mit der starken Verbreitung des turboaufgeladenen Dieselmotors seit etwa 10 Jahren gewinnt auch der mittels Abgasturbolader aufgeladene Ottomotor mehr an Bedeutung. Im dynamischen Betriebsverhalten zeigen diese Motoren trotz deutlicher Verbesserungen, vor allem bei Drehzahlen unter 2000 U/min, prinzipbedingt einen verzögerten Mitteldruckaufbau. Mit konventionellen Ansätzen (variable Turbine, Scavening oder Impulsaufladung) ist dieses Problem nicht zufrieden stellend zu lösen, deshalb wurden teilweise völlig neue Ansätze zur Unterstützung im dynamischen Betrieb erstellt und im Rahmen dieser Arbeit mithilfe von Simulation und Prüfstandsmessungen erstmals an einem Motor gegenübergestellt. Entgegen bisherigen Publikationen war das Ziel der Arbeit nicht nur die Dynamikverbesserung für sich, sondern es wurde erstmals ein klares Ziel für die Verbesserungen formuliert: „Erreichen des Volllastmitteldruckes in einer Zeit kleiner einer Sekunde über das gesamte Drehzahlband“. Die untersuchten Ansätze greifen zum Einen in das Gebiet der gezielten Einspeisung von dauerhaft verfügbarer nichtmotorischer Zusatzenergie und zum Anderen zur Verteilung der Verdichtungsarbeit auf zwei Aufladestufen. Im Falle der Einspeisung von Zusatzenergie muss diese beliebig oft und in kurzen Abständen verfügbar sein. Im Kapitel Einspeisung von Zusatzenergie wurden die Konzepte elektrische unterstützter ATL sowie elektrischer Zusatzverdichter miteinander verglichen. Die Berechnungen zu diesen Varianten haben ergeben, dass die zu erwartende Begrenzung der verfügbaren elektrischen Bordnetzleistung diese Systeme vorrangig für den Einsatz von Motoren mit einem Hubraum kleiner 2.0 l prädestinieren. Eine weitere Variante sieht die serielle Anordnung eines mechanisch angetriebenen Zusatzverdichters vor. Für die Umsetzung als zuschaltbares System reduziert sich die AuswahlA auf einen mit geringem Massenträgheitsmoment gekennzeichneten Spirallader. Als dritte Variante wurde eine geregelte zweistufige Aufladung aufgegriffen. Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen sowie der Prüfstandsuntersuchungen weisen für alle drei Varianten das Potential zur Umsetzung der formulierten Forderung zur Dynamikverbesserung nach. Gleichwohl verfügt das Konzept mechanischer Lader-Turbolader eindeutig über das größte Potential zur Dynamikverbesserung. Bei einer Motordrehzahl von beispielsweise 2000 U/min erreichten der Pscroll nach 580 ms und die beiden anderen Varianten nach jeweils 950 ms das Zielmoment. Für die elektrische Unterstützung wirkt sich die notwendige Leitungsbeschränkung auf 2.5 kW negativ aus. Die zweistufige Aufladung zeigt eine Charakteristik, die sie eher für größere Hubräume (>= 1.8l) prädestiniert. Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass aufgrund der Massenstromfördercharakteristik der Pscroll unabhängig von Hubraum oder Leistungsbegrenzungen immer das größte Potential aufweist. Im Gegensatz zu den anderen Varianten greift er zudem auf bekannte ausgereifte Technik zurück. < zurück |
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