Ladungswechsel im Verbrennungsmotor 2015

Frontmatter

Elektrisch unterstützter Turbolader, Cross-Charger® – Turbo by Wire

Zusammenfassung

Downsizing und Downspeeding sind in Verbindung mit Abgasturboaufladung, Direkteinspritzung und variablem Ventiltrieb die wesentlichen etablierten Maßnahmen, um die geforderten CO₂-Emissionsgrenzwerte erreichen zu können. Das Aufladesystem spielt eine Schlüsselrolle bei der Erschließung der Einsparpotenziale. Das Kernproblem aller turboaufgeladenen Verbrennungsmotoren besteht im verzögerten Mitteldruckaufbau bei niedrigen Drehzahlen. Das wirksamste Mittel, positiven Einfluss auf das dynamische Verhalten von turboaufgeladenen Motoren zu nehmen, ist, im benötigten Zeitpunkt zeitlich befristet Hilfsenergie einzuspeisen.

In der vorliegenden Arbeit werden Grundlagen eines neuen hybriden Aufladesystems, Cross-Charger^®, erläutert, das eine Weiterentwicklung eines elektrisch unterstützten Turboladers darstellt. Beim Cross-Charger^® werden die wesentlichen, langjährig erprobten Baugruppen eines konventionellen Turboladers übernommen. Der vorgestellte Medienspaltmotor ist ein integraler Bestandteil des Verdichters. Die kurzfristige elektromotorische Unterstützung führt beim Cross-Charger^® zu einer wesentlichen Verbesserung des Mitteldruckaufbaues mit einem Anstieg des Momentengradienten um mehr als das 2,5-Fache gegenüber dem Standard-ATL ohne Medienspaltmotor.

H. Gödeke, K. Prevedel

Integration eines elektrischen Verdichters bei modernen Pkw-Dieselmotoren – Freiheitsgrade und Potenziale dieser neuen Technik

Zusammenfassung

Bestmögliche Effizienz kombiniert mit einer herausragenden Sportlichkeit – das sind die Eigenschaften aktueller und zukünftiger Dieselmotoren der AUDI AG.

Thomas Heiduk, Ulrich Weiß, Stefan Zülch, Steffen Bamberger, Benjamin Kühbauch

Ladungswechsel zum Erfahren und Erleben: 10 Jahre Ottomotor-Konzeptfahrzeuge bei der AVL List GmbH

Zusammenfassung

Ungeachtet aller Möglichkeiten von Simulation und virtueller Modellierung ist bei Antriebsstrang-und Fahrzeugkonzepten das praktische Beispiel noch immer von hoher Aktualität. Weil Erdachtes und Simuliertes in Erleb- und Messbares gewandelt wird, sind Konzeptfahrzeuge gerade in Phasen zunehmender Systemkomplexität von hohem Wert für das eigene Verstehen und Lernen und die Vermittlung von Technologie an Dritte.

K. Prevedel, M. Neubauer, P. Kapus, P. Pötscher

Szenarien der Entwicklung von Verbrennungskraftmaschinen zukünftiger Pkw-Antriebe

Zusammenfassung

Verbrennungskraftmaschinen in Pkw-Antrieben haben in den letzten hundert Jahren einen stetigen Wandel in ihren technischen Eigenschaften erlebt. Vom einfachen Zweiventilmotor bis zu aufwendigen Motoren mit Mehrventiltechnik war das primäre Ziel der Entwicklungsabteilungen die Leistung der Motoren zu steigern. Dabei kommen die unterschiedlichsten leistungssteigernden Maßnahmen zum Einsatz.

Klaus Fuoss, Eric Jacobs, Wilhelm Hannibal

Untersuchung zur Luftspülung im Ladungswechsel eines Vierzylinder Ottomotors mit einflutiger Aufladung

Zusammenfassung

Die Aufladung von Ottomotoren nimmt im Sinne einer Effizienzsteigerung und damit einer Senkung von Verbrauch und Emissionen stark an Bedeutung zu. Downsizing in Verbindung hoher Aufladegrade ist dabei eine treibende Kraft dieses Entwicklungstrends. In diesem Zusammenhang entsteht ein Zielkonflikt zwischen der Forderung nach hoher spezifischer Leistung mit geringem spezifischem Verbrauch im Nennleistungsbereich und einem guten Ansprechverhalten bei niedriger Motordrehzahl (Low-End Torque). Im PKW-Fahrzeugbereich hat sich zur Verbesserung der Agilität von Aufladeeinheit und Verbrennungsmotor das Prinzip der Stoßaufladung oft in Kombination mit einem spülenden Ladungswechsel etabliert.

Adalbert Wolany, Claus Glahn, Hans-Jürgen Berner, Michael Bargende

Potenzial der Turboaufladung von Ottomotoren mit Millerverfahren

Zusammenfassung

Der globale Markt für aufgeladene Ottomotoren unterliegt einem schnellen Wachstum. Ein Fokus der Entwicklung von direkteinspritzenden Ottomotoren ist die weitere Reduktion der CO₂-Emissionen in der Teillast.

Nisar Al-Hasan, M. Sterr, J. Beer, A. Koch, L. Stump, T. Lorenz, J. Dunstheimer, S. Quiring

Einsatz eines Abgasturboladers mit variabler Turbinengeometrie zur Optimierung des ottomotorischen Gesamtkonzeptes

Zusammenfassung

Die Entwicklung moderner Verbrennungsmotoren war in den letzten Jahrzehnten geprägt durch die fortlaufende Verschärfung der Grenzwerte für Schadstoffemissionen. Neben der Minimierung dieser Emissionen rückt spätestens seit der Einführung verbindlicher CO₂-Grenzwerte im Jahr 2015 der Kraftstoffverbrauch zunehmend in den Fokus der Entwicklung. Die Absenkung des CO₂-Limits auf 95g/km in den kommenden Jahren verstärkt diesen Trend signifikant.

Jochen Müller, Johannes Ritzinger, Robert Jost, Dirk Naunheim, Martin Kropp

Konzepte von Luftfilter-Systemen für neue Anforderungen – Downsizing und Strömungsoptimierung

Zusammenfassung

In neuen Fahrzeugkonzepten wird der zur Verfügung stehende Bauraum für die Komponenten im Motorraum und somit auch für das Luftfiltersystem immer geringer. Trotz Downsizing oder Hybridisierung der Motoren bleiben die Anforderungen an das System hinsichtlich Luft-durchsatz und Filtrationsleistung bestehen, gleichzeitig gelten immer härtere Zielwerte für CO₂- und Schadstoffemissionen. Auch die Akustikanforderungen steigen.

Stefan Biba, Rainer Handel, Sven Alexander Kaiser

Erweiterte Berechnung des Verdichterverhaltens von Abgasturboladern und Optimierung der Kennfeldbreite

Zusammenfassung

Bei Betrachtung des aktuellen Motorenportfolios führender PKW-Hersteller stellt man eine konsequente Verwendung von Abgasturboladersystemen fest. Die Anforderungen an die Turbolader bezüglich ihres Betriebsverhaltens steigen dabei stetig und es resultieren zunehmend komplexere Systeme. Dies führt zu einer steigenden Interaktion zwischen Grundmotor und Abgasturbolader, sodass eine ganzheitliche Betrachtung notwendig wird.

Matthias Hamann, Marco Cigarini, Michael Bargende

CAE-gestützte Berechnung der Abgasenthalpie und Abgastemperatur im Auslegeprozess turboaufgeladener Ottomotoren

Zusammenfassung

Vor dem Hintergrund verschärfter CO₂ – Limitierung bei zeitgleicher Einführung eines höherlastigen Fahrzyklus sowie der Fokussierung auf Real Drive Emissions ist die präzise Vorhersage der Abgasenthalpie am Turbineneintritt sowie der zugehörigen Abgasmesstemperatur wichtiger Bestandteil im Auslegeprozess turboaufgeladener Ottomotoren. Dies umfasst zum einen die optimale Turboladerauslegung und zum anderen die Bestimmung des erforderlichen Anfettungsbedarfs aus Bauteilschutzgründen. Für die 1D Motorprozessrechnung stellt insbesondere die Größe der thermischen Abgasenthalpie eine Herausforderung dar, da diese ausgehend von der Abgastemperatur im Zylinder stromabwärts Einflüssen in Folge von Wandwärmeübergang und chemischen Nachreaktionen unterliegt.

Björn Franzke, Stefan Pischinger

Aufladekonzepte für höchste Motorwirkungsgrade am Nfz-Gasmotor der Zukunft

Zusammenfassung

Hersteller von Nutzfahrzeugen haben in den letzten Jahren weltweit aufgrund zu erwartender CO₂ Limitierungen im Gütertransport sowie des Kraftstoffkostenvorteils von Erdgas vermehrt Erdgasfahrzeuge auf den Markt gebracht. Der Vorteil des geringeren Kraftstoffpreises hat sich in letzter Zeit, zumindest für den europäischen und USamerikanischen Markt, durch einen Einbruch des Diesel- und Benzinpreises stark relativiert, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Anton Arnberger, Ricardo Alfonso Pereira Braz Abrantes, Hans Felix Seitz, Gernot Graf

Effiziente Modellierung des Ladungswechsels in Motorsteuergeräten für turboaufgeladene Ottomotoren

Zusammenfassung

Neben einer steigenden Zahl an Variabilitäten ist bei Ottomotoren die Aufladung ein aktuelles Forschungsthema für innovative Motorenkonzepte. Die Aufladung von Motoren kann dabei prinzipiell unter dem Gesichtspunkt der Leistungssteigerung unter Beibehaltung des Hubvolumens und der Zylinderzahl angewandt werden oder für die zuletzt vermehrt zu findende Reduzierung des Hubvolumens bzw. der Zylinderzahl unter Beibehaltung der Leistung - „Downsizing“. [4]

Georg Birmes, Philipp Adomeit, Norman Liberda, Johannes Fryjan

Leistungssteigerung von Ottomotoren durch verschiedene Wassereinspritzungskonzepte

Zusammenfassung

Der Trend von immer höheren Leistungsdichten und höheren Anforderungen hinsichtlich Verbrauchsreduktion bei Ottomotoren werden aktuell immer öfter durch die Klopfgrenze und die thermischen Bauteilgrenzen limitiert. Eine Möglichkeit, diese Grenzen zu verschieben, ist dabei der Einsatz eines Wassereinspritzungssystems.

In dem Vortrag werden dazu verschiedene Wassereinspritzungskonzepte vorgestellt und deren Wirkung miteinander verglichen. Auf Basis von Messungen und Simulationen an Ottomotoren mit unterschiedlicher Art der Wassereinbringung werden Funktionsergebnisse vorgestellt und die thermodynamische Wirkung auf Verbrennung, Ladungswechsel und Emissionen diskutiert.

Bodo Durst, G. Unterweger, C. Reulein, S. Ruppert, D. Linse, W. Kern

Tagungsbericht

Zusammenfassung

Nur durch einen optimierten Ladungswechsel bei Diesel- und Ottomotoren in Pkw und Nfz können künftige CO₂-Ziele sowie hohe Leistungswerte und gutes dynamisches Verhalten bei niedrigem Kraftstoffverbrauch erreicht werden. Dabei nimmt die systemübergreifende Optimierung aller am Ladungswechsel beteiligten Komponenten einen hohen Stellenwert ein. Rund 150 Experten diskutierten auf der 8. MTZ-Fachtagung „Ladungswechsel im Verbrennungsmotor“ am 20. und 21. Oktober 2015 im Mercedes-Benz Museum in Stuttgart, welche Lösungen hier zielführend sind.

Andreas Fuchs