(NTH) Bericht 2011–2012 - TU Clausthal

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Grundlegende Technologien zur
Hochaufl adung von Fahrzeugmotoren
Downsizing in Kombination mit Abgasturboaufl a-
dung stellt den derzeit vielversprechendsten Weg
zur Erfüllung aktueller und künftiger CO - und
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Emissionslimitierungen dar. Hierbei werden hubraumgroße
Saugmotoren durch leistungsgleiche
hubraumverkleinerte Turbomotoren ersetzt. Die
Realisierung dieser Motorkonzepte stellt jedoch
hohe Anforderungen an das Aufl adesystem. Die
Darstellung von hohen Drehmomentwerten bei
niedrigen Motordrehzahlen (Low-end-Torque) und
einem guten dynamischen Ansprechverhalten
(Response) erfordert kleine Turbolader mit einem
geringen Trägheitsmoment und einer steilen Pumpgrenzenlage
bei niedrigen Massenströmen. Hohe
spezifi sche Nennleistungswerte lassen sich jedoch
nur mit einem Turbolader erzielen, der große Strömungsquerschnitte
auf der Turbinen- und Verdichterseite
aufweist, was mit einer Erhöhung der
Trägheit des Laders und einer Abfl achung und Verschiebung
der Pumpgrenze zu höheren Massenströmen
einhergeht. Im Besonderen bei der ottomotorischen
Aufl adung wird dieser Zielkonfl ikt durch
das größere Motordrehzahlband und dem daraus
resultierenden benötigten Luftmassenstrombereich
verschärft. Um die Verwendung einer komplexen
2-stufi gen Aufl adung zu umgehen, werden neue
Konzepte zur Beeinfl ussung der Kennfelder einstufi
ger Turbomaschinen erforderlich. Einen vielversprechenden
Ansatz für die Hochaufl adung in einer
Druckstufe stellt die variable Verdichtergeometrie
dar, mit der die Gestalt des Verdichterkennfeldes
beeinfl usst werden kann.
BOTTOM-UP-PROJEKT
Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, das
Potential einer variablen Verdichtergeometrie
(VIGV) gepaart mit einer variablen Turbinengeometrie
(VTG) zur Hochaufl adung eines kleinvolumigen
Ottomotors zu untersuchen. Neben der
Betrachtung und Optimierung der einzelnen Komponenten
(Turbolader mit variablem Verdichter
und Turbine, Lagerung des Laders und Verbrennungsmotor)
stand im Besonderen die Optimierung
des Gesamtsystems im Fokus der Untersuchungen.
Zur Realisierung eines höchstmöglichen
Wirkungsgrades war es zwingend erforderlich,
die Interaktion der Komponenten im motorischen
Betrieb bereits während des Auslegungs- und
Optimierungsprozesses zu berücksichtigen. Durch
die Verteilung der Kompetenzen der beteiligten
Institute innerhalb dieses Vorhabens auf die unterschiedlichen
Fachgebiete aus den maschinenbaulichen
Disziplinen Tribologie, Rotordynamik,
Verbrennungsmotoren und Strömungsmaschinen
konnten durch einen regelmäßigen Ergebnisaustausch
und eine kontinuierliche enge Kommunikation
der Projektbearbeiter spezifi sche Anforderungen
und Randbedingungen an das Gesamtsystem
innerhalb der Arbeitspakete der Institute berücksichtigt
werden. Zudem war es den Projektbearbeitern
durch die Zusammenarbeit möglich,
Einblicke in die spezifi schen Anforderungen und
Lösungsansätze von themenfremden Problemstellungen
zu erlangen und das eigene spezifi sche
Fachwissen zu erweitern. In diesem Zusammenhang
wurde des Weiteren der wissenschaftliche
Nachwuchs der einzelnen Standorte gefördert.
Durch die Herausgabe von studentischen Arbeiten
und den Einsatz von studentischen Hilfskräften
an den einzelnen Forschungsstellen erlangten die