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Aufladung von Pkw DI - Ottomotoren mit Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie : Supercharging of automotive DI Otto engines by means of variable geometry turbochargers

Neben den durch die höhere Motorbelastung und die Art der Kraftstoffeinspritzung höheren Herstellkosten eines Dieselmotors gegenüber einem Pkw-Ottomotor führen das kritische Emissionsverhalten, speziell bei den Partikeln und Stickoxiden, und die damit verbundenen Weiterentwicklungen, zu einer Erhöhu... Full description

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Additional Keywords: ABGASEMISSION
ABGASSTROEMUNG
ABGASTEMPERATUR
ABGASTURBOAUFLADUNG
ABGASTURBOLADER
ABGASZUSAMMENSETZUNG
ANWENDUNG-IM-MOTORENBAU
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GEMISCHBILDUNG
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VERSUCHSERGEBNIS
WIRTSCHAFTLICHKEIT
Notes: Copyright: Metadaten: TEMA, Copyright WTI-Frankfurt eG
Copyright: (C) Alle Rechte beim Herausgeber
Physical Description: 199 Seiten, Bilder, Tabellen, 38 Quellen
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520 |a Neben den durch die höhere Motorbelastung und die Art der Kraftstoffeinspritzung höheren Herstellkosten eines Dieselmotors gegenüber einem Pkw-Ottomotor führen das kritische Emissionsverhalten, speziell bei den Partikeln und Stickoxiden, und die damit verbundenen Weiterentwicklungen, zu einer Erhöhung der Gesamtkosten des Dieselantriebes. Dadurch wird die Gesamtwirtschaftlichkeit signifikant verringert. Aufgrund dieser Situation ist es dringend notwendig, auch den Ottomotor weiterzuentwickeln, um seinen Hauptnachteil gegenüber dem Dieselmotor - den höheren Kraftstoffverbrauch - zu reduzieren. Sollte dies gelingen, ohne die Herstellkosten zu stark zu erhöhen, so könnte der Ottomotor wieder an Attraktivität gewinnen, bei gleichzeitig unproblematischem Emissionsverhalten. Die technische Entwicklung im Pkw-Motorenbau läuft gegenwärtig unter dem Begriff 'Downsizing'. Das Ziel dieses Trends ist, großvolumige Saugmotoren durch hubraumkleinere Auflademotoren zu ersetzen. Der Vorteil dieser Motoren liegt dabei in ihrem Betrieb bei höheren spezifischen Lasten und damit bei günstigeren Wirkungsgraden. Mit zunehmender spezifischer Leistung und höheren Auflagegraden tritt das Hauptmanko des Downsizing - das mangelahafte Drehmoment bei niedrige Motordrehzahl - immer stärker in den Vordergrund. Vor diesem Hintergrund hat sich für den Pkw-Dieselmotor die Aufladung mit variabler Turbinengeometrie (VTG) durchgesetzt. Beim Ottomotor wurde bislang der Schritt vom einfacheren Wastegate-Lader zur VTG noch nicht unternommen. Es stellt sich die Frage, ob durch den Einsatz einer VTG am Ottomotor ähnliche Verbrauchseinsparungen und Verbesserungen in der Fahrdynamik erzielt werden können, wie dies beim Pkw-Dieselmotor der Fall war. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Potentiale einer VTG an einem direkteinspritzenden Ottomotor durch Experimente und Motorprozesssimulation untersucht. Mit dem Übergang auf ein 2-flutiges Zwillingsstromturbinengehäuse in Kombination mit VTG wird es möglich, den Gaswechsel des Motors zu verbessern. Der Effekt ist wesentlich schwächer ausgeprägt als bei einem 2-flutigen Wastegate-Lader, da hier die Flutentrennung bis kurz vor das Turbinenrad erfolgen kann. Die bessere Nutzung der kinetischen Energie aus dem Vorauslassstoß, die bei Stoßaufladung mit getrennt geführten Abgaskanälen üblicherweise möglich ist, kann bei einer VTG-Turbine nicht erreicht werden. Speziell im unteren Motordrehzahlbereich, wo die Leischaufeln weit geschlossen sind, werden die Druckpulsationen stark gedämpft und haben somit nur noch einen geringen Anteil an der Totalenthalpie des Abgases. Eine wesentlich bessere Flutentrennung kann durch die Verwendung einer VTG-Doppelstromturbine erreicht werden. Durch zwei über den Turbinenumfang getrennt geführte Spiralkanäle können die Überstromquerschnitte verkleinert, und damit die gegenseitige Beeinflussung der Abgasströme wesentlich verringert werden. Das volle Potential dieser optimierten Flutentrennung kann durch geänderte Applikation der Nockenwellenverstellungen in Motorkennfeld ausgeschöpft werden. Aufgrund des mit der Doppelstromanordnung begrenzten Zuströmquerschnittes über den Umfang der Turbine stellt sich ein geringerer Maximaldurchsatz für die Turbine ein. Die Simulationsergebnisse haben gezeigt, dass dadurch der mittlere Abgasdruck vor Turbine im oberen Volllastdrehzahlbereich ansteigt. Um dies zu verhindern, kann die Doppelstromturbine mit einer so genannten Stoß-Stau-Umschaltung versehen werden, mit der die beiden Turbinenstränge bei hohen Motordrehzahlen verbunden werden. Die Kombination der beschriebenen Maßnahmen (VTG mit Doppelstromturbine, Stoß-Stau-Umschaltung, vergrößerte Ventilüberschneidung) hat bei den durchgeführten Untersuchungen zu einer Steigerung des stationären Vollastdrehmomentes von 40 % bei nM = 1500 1/min geführt und zur Verbesserung des Spüldruckgefälles um ca. 400 mbar im Nennleistungspunkt gegenüber dem 1-flutigen Wastegate-Basislader. Aufgrund der positiven Untersuchungsergebnisse kann von einem großen Potential für die Aufladung von DI-Ottomotoren mit VTG ausgegangen werden. 
653 4 |a ANWENDUNG-IM-MOTORENBAU 
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951 |a BO