Ein Beitrag zur Optimierung des Betriebsverhaltens abgasturboaufgeladener Ottomotoren

Downsizing in Kombination mit Abgasturboaufladung stellt eine der Schlüsseltechnologien zur Erfüllung der aktuellen und zukünftigen CO2- und Emissionslimitierungen dar. Diese Hubraumreduktion geht jedoch mit erhöhten Anforderungen an das Aufladesystem einher, um dem Motor im gesamten Betriebsbereich einen ausreichen-den Ladedruck zur Verfügung stellen zu können. Bei der Auslegung eines Turboladers muss in der Regel ein Kompromiss zur Erfüllung der Anforderungen nach hoher Nennleistung und hohem Low-end-Torque bei gleichzeitigem dynamischem Ansprechverhalten getroffen werden. Im Besonderen bei der Aufladung von Ottomotoren, die aufgrund ihrer höheren Maximaldrehzahl und der Quantitätsregelung eine größere Luftmassenspreizung aufweisen, sind breite Verdichterkennfelder und ein erhöhtes Schluckvermögen der Turbinen zur Lösung dieses Zielkonfliktes erforderlich. Zur Aufladung eines kleinvolumigen Ottomotors wird ein variables Aufladesystem numerisch und experimentell im Teil- und Volllastbereich des Motors untersucht, das die Anforderungen bezüglich Nennleistung und Low-end-Torque eines 2-stufiges Re-ferenzmotors mit einem einstufigen Aufladesystem erfüllen kann. Für die Bereitstellung einer ausreichenden Turbinenleistung im gesamten Motorkennfeld kommt eine variable Turbinengeometrie mit einem zusätzlichen externen Wastegate zum Einsatz. Am Verdichter, der für den Massendurchsatz im Nennleistungsbereich ausgelegt ist, werden zwei verschiedene Ansätze zur Verdichterkennfelderweiterung zu niedrigen Massenströmen untersucht. Der zusätzliche Einsatz von Phasenstellern auf der Ein- und Auslassnockenwelle des Motors wird zur weiteren Optimierung des motorischen Betriebsverhaltens eingesetzt.