Im Rahmen dieser Untersuchung wird die Entwicklung einer zweistufigen Aufladung am Ottomotor unter Berücksichtigung serienrelevanter Randbedingungen vorgestellt. Für komfortable und stetige Beschleunigungsvorgänge im Fahrzeug ist eine große Überlappung im Arbeitsbereich des Hoch- und Niederdruckverdichters notwendig. Bei der konstruktiven Auslegung müssen neben der Thermodynamik weitere Randbedingungen, wie Umweltverträglichkeit, Kostenziele, Montage, Aftersales und Einbauverhältnisse berücksichtigt werden. Diese Einschränkungen, insbesondere im Bauraum, machen eine sorgfältige Optimierung und Priorisierung der Strömungsführung notwendig. Konzeptbedingt führt die zweistufige Aufladung zu spürbar mehr Abgasgegendruck und negativem Spülgefälle ab etwa 1500 l/min. Die dadurch erhöhten Restgasmengen und die hohen spezifischen Leistungen erfordern eine Anpassung des Verbrennungsmotors. Mit optimiertem Verbrennungsmotor und der auf 1050 Grad C ausgelegten zweistufigen Aufladung wurden am Prüfstand eine spezifische Leistung von etwa 105 kW pro Liter und ein spezifisches Drehmoment von etwa 225 Nm/l erreicht. Für ein spontanes Ansprechen im Fahrzeug wurde die Hochdruckladerdrehzahl durch Applikation eines Dynamikvorhalts um bis zu 50000 l/min erhöht. Mit dieser Applikation zeigt die zweistufige Aufladung das beste Dynamik- und Volllastverhalten im Vergleich zur einer einstufigen Aufladung mit und ohne Variabilität. Beim Fahrleistungsvergleich zwischen den beiden Motorkonzepten 3.5-l-Saugmotor und 1.8 l zweifach aufgeladener Motor erzielt der Ladermotor gleiche bis bessere Messwerte in Beschleunigung und Durchzug. Aus Komfortgründen wurde ein durchgängiges lineares Ansprechverhalten aus jeder Ausgangsdrehzahl angestrebt. Das konnte durch den großen Überlappungsbereich und eine entsprechende Applikation nahezu in allen Punkten erreicht werden. Im NEFZ werden durch das extreme Downsizing und den Zylindersprung von 6 auf 4 Zylinder Verbrauchseinsparungen von 11.8 % erreicht. Bei einem Mercedes-internen Zyklus mit höheren Lastanteilen verringert sich der Vorteil erwartungsgemäß auf 5.5 %.
Zweistufige Turboaufladung an einem 4-Zylinder Ottomotor
A 4-cylinder Gasoline engine with 2 stage turbocharging
Aufladetechnische Konferenz, 15 ; 295-316
2010
22 Seiten, 20 Bilder, 1 Tabelle, 2 Quellen
Conference paper
German
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