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VORTRAG
27.10.2016

Gemischt-sequenzielle Aufladung am Motor mit getrennten Auslassfluten und vollvariablem Ventiltrieb

Vortrag bei Ladungswechsel im Verbrennungsmotor 2016
9. MTZ-Fachtagung

Keynote-Vorträge
Referent(in): Dr. Knut Habermann, Dr. J. Scharf, Dr. T. Uhlmann, Dr. M. Thewes, FEV GmbH; Dr. H. Ruhland, Ford-Werke GmbH; Dr. M. Breuer, Pierburg GmbH; A. Schloßhauer, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen (VKA), RWTH Aachen University; N. Bontemps, Honeywell Trans

Die Reduktion des Hubraums in Verbindung mit einem geeigneten Aufladesystem ist eine anerkannt wirkungsvolle Maßnahme, um die CO2-Emissionen des Verbrennungsmotors weiter abzusenken. Zwei Voraussetzungen sind hierfür zu erfüllen: Zum einen muss für identische Fahrleistungen die spezifische Motorleistung deutlich erhöht werden. Zum anderen dürfen die mitteldrucksteigernden Maßnahmen aber weder die Wirkungsgrade in der Teillast reduzieren, noch die verbrauchsgünstigen Kennfeldbereiche einschränken. Der Weiterentwicklung der Aufladetechnik kommt hierbei eine Schlüsselrolle zu.
Als Konsequenz hat eine intensive Entwicklungsarbeit auch auf dem Gebiet der Abgasturboaufladung eingesetzt. Neben einer kontinuierlichen Weiterentwicklung der Lader mit fester Geometrie oder der Einführung von turbinen- oder verdichterseitigen Variabilitäten rechtfertigen die möglichen Verbrauchseinsparungen auch die mehrstufige Aufladung. Diese gewinnt besonders dann an Attraktivität, wenn durch variable Steuerzeiten der Auslassventile und getrennte Abgasfluten der Abgasmassen- und enthalpiestrom so aufgeteilt werden kann, dass beide Lader in weiten Kennfeldbereichen mit hoher Effizienz arbeiten. Im Gegensatz zur seriell-sequenziellen Aufladung, bei der beide, Verdichter und Turbinen, jeweils in Reihe sowie zur parallelsequenziellen Aufladung, bei der je beide parallel verschaltet sind, weist das gemischt- equenzielle Aufladesystem eine parallele Verschaltung der Turbinen und eine serielle Verschaltung der Verdichter auf.
Der vorliegende Aufsatz berichtet über die Konzeptdefinition und Auslegung einer gemischt-sequenziellen Aufladung an einem angepassten Ford Ecoboost 1,0 l-TC-GDI-Motor. Die Modifikationen betreffen u. a. getrennte Auslasskanäle und Abgasfluten zu beiden Turbinen und die Integration des vollvariablen Ventiltriebs „UpValve“ auf der Ein- und Auslassseite. Die bedarfsgerechte Aufteilung des Abgasstroms auf beide Turbinen erfolgt damit bereits durch die Steuerung der Auslassventile.
Aufbauend auf einer allgemeinen Systembeschreibung des Motors und des vollvariablen Ventiltriebs erfolgen Betrachtungen zur Aufladung. Es kann gezeigt werden, dass sich mit dem System hohe spezifische Leistung, hohes Eckmoment und gutes Übergangsverhalten mit beherrschbarer Systemkomplexität vereinbaren lassen.

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