(NTH) Bericht 2011–2012 - TU Clausthal

Bearbeiter ebenfalls Einblicke in themenfremde
Zusammenhänge und Ergebnisse, die im Rahmen
des Projektes erzielt wurden.
Zu Beginn des Projektes wurde ein 2-stufi g aufgeladener
Referenz-Ottomotor ausgewählt, dessen
Drehmoment- und Leistungscharakteristik
mit einer Druckstufe und höchstmöglichem Wirkungsgrad
dargestellt werden sollte. Zu diesem
Zweck wurde ein Turbolader mit variabler Turbinengeometrie
ausgewählt, für den der variable
Verdichterleitapparat ausgelegt und gefertigt werden
sollte. Dazu wurde in einem ersten Schritt am
Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik
(TFD) eine 1D-Modellierung erstellt, mit dessen
Hilfe der Einfl uss drallbehafteter Strömungsfelder
hinter der variablen Verdichtergeometrie (VIGV)
auf das Betriebsverhalten des Verdichters untersucht
werden konnte. Mit diesem Modell konnte
eine Kennfelderweiterung zu niedrigen Massenströmen
ermittelt werden, die zu einer Steigerung
des motorischen Low-End-Torque genutzt werden
kann. Die geänderten Strömungsbedingungen
am Laufradeintritt beeinfl ussen aber nicht nur das
Betriebsverhalten der Verdichterstufe, sondern
haben auch einen Einfl uss auf die aerodynamischen
Axialkräfte. Die geänderten Axialkräfte wurden
ebenfalls in einer 1D-Modellierung berechnet,
um bereits bei der Auslegung des Vorleitgitters die
veränderten Betriebsbedingungen der Lagerung
abschätzen und eine eventuelle Anpassung vornehmen
zu können. Auf Basis dieser Rechnungen
wurden am Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen
(ITR) im Rahmen von Simulationsrechnungen
erste Parametervariationen zur
Optimierung des Gleitlagersystems im Turbolader
durchgeführt. Gleichzeitig wurde am ivb auf Basis
der Auslegungsdaten des TFD das motorische
Potential des Aufl adesystems mit VIGV ermittelt.
Aerodynamisches 3D-Design des ausgelegten Vorleitgitters
(Quelle TFD).
Ausgehend von den Auslegungsberechnungen
wurde anschließend ein aerodynamisches Design
des Vorleitgitters mit Nabenkörper, feststehenden
Vorderschaufeln und beweglichen Klappenschaufeln
entworfen und gefertigt, wobei auf eine
schnelle Regelbarkeit des Vorleitgitters für die
folgenden motorischen Untersuchungen am ivb
geachtet wurde.
Im Anschluss wurden auf dem Turboladerprüfstand
des TFD die aerodynamischen und lagerspezifi
schen Größen des Turboladers mit Vorleitgitter
und variabler Turbinengeometrie vermessen.
Bei den Untersuchungen des Turboladers konnte
ein Einfl uss des Vorleitgitters auf das Betriebsverhalten
des Verdichters nachgewiesen werden. Es
zeigte sich eine Verschiebung der Pumpgrenze
für hohe Turboladerdrehzahlen, jedoch konnte im
motorisch relevanten Kennfeldbereich keine nennenswerte
Verschiebung der Pumpgrenze erreicht
werden.
BOTTOM-UP-PROJEKT
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