Aufladesysteme für Ottomotoren im Vergleich

Das Downsizing von Pkw-Motoren mittels Aufladung ist ein geeignetes Mittel zur Senkung ihres Kraftstoffverbrauchs. Die Akzeptanz solcher Motoren, mit kleinem Hubvolumen und großer Leistungsdichte, ist stark von ihrem Verhalten im transienten Betrieb abhängig. Dies bedeutet, dass auch bei niedriger Motordrehzahl ein schneller Drehmomentaufbau erfolgen muss, was stark durch das verwendete Aufladesystem beeinflusst wird.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein 1,4-l-DI-Ottomotor mittels 1D-Motorprozessrechnung simuliert. Dabei wurden verschiedene Aufladesysteme hinsichtlich ihrer Auswirkung auf den Kraftstoffverbrauch und die Dynamik des Motors untersucht. Zu den simulierten Aufladesystemen zählten neben einstufigen Turbosystemen ‐ mit Wastegate‐geregelter Singlescroll‐Turbine, mit Wastegate‐geregelter Twinscroll‐Turbine, mit VTG‐Turbine ‐ auch mechanisch angetriebene Aufladesysteme mit Schraubenlader bzw. Kombinationen aus Rootslader und Abgasturbolader, sowie ein zweistufiges Turbosystem.

Die besten Beschleunigungswerte unter den aufgeladenen Motoren lieferten die mechanisch angetriebenen Aufladesysteme. Da sie aber relativ teuer in der Anschaffung und, in Verbindung mit variablen Getrieben, im Alltagsbetrieb relativ wenig erprobt sind, bedarf es noch weiterer Forschungsleistung bis zum praktischen Einsatz solcher Konzepte. Die Abgasturboaufladung mit variabler Turbinengeometrie oder mit Twinscroll‐Turbine ist im transienten Verhalten nur im Bereich sehr niedriger Motordrehzahlen und ausgehend von niedriger Last der mechanischen Aufladung unterlegen. Im übrigen transienten Betriebsbereich sind die Turbosysteme fast gleichwertig. Angesichts niedrigerer Aggregatekosten und höherer Effizienz, vor allem im Bereich hoher Last, sind die Turbosysteme der mechanischen Aufladung jedoch vorzuziehen.

Die Abgasturboaufladung wird sich, wie in der Vergangenheit bei Dieselmotoren, auch im Bereich der Ottomotoren als Aufladeverfahren durchsetzen.

Erschienen im Logos Verlag Berlin
ISBN 978-3-8325-2412-8
179 Seiten, Erscheinungsjahr: 2010
Preis: 42 €
Stichworte/keywords: Downsizing, Motorprozesssimulation, Abgasturbolader, Schraubenlader, Rootslader, Aufladung