ISBN 9783843930031

978-3-8439-3003-1, Reihe Fahrzeugtechnik

Marcus Kleinen
Effizienz- und Dynamiksteigerung am Dieselmotor durch Verdichterquerschnittsvariabilitäten

151 Seiten, Dissertation Technische Universität Dresden (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Vor dem Hintergrund der stetig verschärften Emissionsgrenzwerte und der Forderung nach Minimierung des CO2-Ausstoßes besteht auch zukünftig Bedarf an der Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors. Das aktuell fokussierte Konzept des Downsizings erfordert hierzu eine flächendeckende Abgasturboaufladung, die bei einstufigen Konzepten, bedingt durch die Verdichterkennfeldbreite, einen Kompromiss zwischen Ansprechverhalten bei niedrigen Drehzahlen und Nennleistung darstellt. Zusätzlich rückt, speziell am Dieselmotor zur Senkung der Stickoxidrohemissionen, die Abgasrückführung weiter in den Vordergrund. Hierzu kommt vermehrt eine niederdruckseitige Auslegung zur Anwendung, die im Teillastbetrieb auf ein aktiv zu erzeugendes Druckgefälle zwischen Abgas- und Ansaugstrecke angewiesen ist. Eine Möglichkeit zur systemübergreifenden Optimierung stellt die Querschnittsvariabilität am Verdichter dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde hierzu das Potenzial der aktiven Änderung des Verdichtertrims in Bezug auf die Komponente Abgasturbolader sowie den motorischen Gesamtprozess in Kombination mit Niederdruck-Abgasrückführung untersucht.

Mittels experimenteller und numerischer Methoden konnten Verbesserungen sowohl hinsichtlich der Dynamik als auch der Effizienz ermittelt werden. Innerhalb der Vorstudien ließen sich Vorteile durch die Erweiterung des stabilen Verdichterbetriebsbereichs zu niedrigen Durchsätzen bei gleichzeitiger Wirkungsgradsteigerung nachweisen. Als Ursache konnten neben der gestörten Rückströmung aus dem Verdichterrad die günstigeren Anströmwinkel am Laufradeintritt ermittelt werden. Unter Ausnutzung der physikalischen Effekte zeigt der Verbrennungsmotor Verbrauchseinsparung im stationären Betrieb durch Absenkung der notwendigen Verdichterleistung sowie Verbesserung der Dynamik im Lastsprung durch einen beschleunigten Hochlauf des Abgasturboladers. Untersuchungen zur ND-AGR lieferten Ansatzpunkte, die durch die Trimreduktion auftretende Absenkung des Drucks vor Verdichter zu nutzen, um den Aufstaugrad in der Abgasstrecke im Teillastbereich aktiv zu reduzieren.

Abschließend konnte ein neues Funktionsmuster entwickelt werden, das sowohl am Abgasturboladerprüfstand als auch am hochdynamischen Motorprüfstand erfolgreich erprobt wurde. Im zulassungsrelevanten Zyklus ließen sich unter Einhaltung der Emissionsgrenzwerte Verbrauchsvorteile von 1 % nachweisen.