Bosch Mahle Turbo Systems hat eine neue VTG-Generation entwickelt, die innerhalb der nächsten zwei Jahre serienreif für Ottomotoren sein soll.
BMTS
Bosch Mahle Turbo Systems hat die variable Turbinengeometrie für Abgasturbolader weiterentwickelt, sodass sie sich selbst bei hohen Temperaturen nur unwesentlich thermisch verformt. Damit ist sie auch für Ottomotoren in Großserie geeignet. Insbesondere mit dem Miller-Brennverfahren sollen hohe Wirkungsgrade erreicht werden.
Verstellbare Leitschaufeln, die den Abgasstrom je nach Drehzahlbereich optimal auf das Turbinenrad des Abgasturboladers lenken, sind bereits seit Mitte der 1990er-Jahre bei Turbo-Dieselmotoren im Einsatz. Sie steigern Ansprechverhalten, Leistung und Drehmoment und erhöhen den Wirkungsgrad im Teillastbereich. Abgastemperaturen von bis zu 1000 °C galten bei Ottomotoren bislang als große Hürde, um die variable Turbinengeometrie (VTG) bei Großserien-Ottomotoren für Pkw einzusetzen. Lediglich Porsche führte das System in Kooperation mit Borg Warner Turbo Systems bereits 2006 beim Supersportwagen Porsche 911 Turbo ein. Bosch Mahle Turbo Systems (BMTS) hat nun auf einer Pressekonferenz in Stuttgart bekannt gegeben, die VTG entsprechend preisgünstig für Großserien-Ottomotoren anbieten zu können.
BMTS hat nach eigenen Angaben eine patentrechtliche geschützte Verstellgeometrie entwickelt, die sich aufgrund ihrer konstruktiven Gestaltung auch bei hohen Temperaturen nur unwesentlich thermisch verformt. Denn die Deckscheibe ist vom Turbinengehäuse thermisch entkoppelt. Dadurch können beim Einsatz in Dieselmotoren geringere Leitschaufelspalte eingestellt werden. Das bewirkt eine geringere Leckage und somit einen höheren Wirkungsgrad. Für den ottomotorischen Betrieb nimmt BMTS lediglich Materialanpassungen vor und stellt damit bereits Abgastemperaturen von 900 °C sicher. Weitere Maßnahmen sollen den Einsatzbereich auf bis zu 980 °C erweitern.
Leistung steigern oder Kraftstoffverbrauch senken
Laut BMTS können damit bei turboaufgeladenen Ottomotoren zwei wesentlichen Applikationsziele erreicht werden: Entweder die Motorleistung zu steigern oder den Kraftstoffverbrauchs im Teillastbetrieb abzusenken.
Leistungskonzept
Beim Leistungskonzept kann eine VTG die Nennleistung steigern und gleichzeitig sowohl die maximale Abgastemperatur als auch den Kraftstoffverbrauch im oberen Leistungsbereich reduzieren. BMTS setzt dabei auf eine Kombination mit dem Miller-Brennverfahren. Da das Druck- und Temperaturniveau im Verbrennungsprozess sinkt, kann eine angepasste Zündung den Motorwirkungsgrad steigern und die maximale Abgastemperatur senken. Da der gesamte Abgasmassenstrom bei einer VTG gegenüber einem Abgasturbolader mit Wastegate genutzt wird, steigert das die Ladungswechselwirkungsgrade.
Wirkungsgrad-/Low-End Torque-Konzept
Der Abgasturbolader entfaltet seine Wirkung in aufgeladenen Ottomotoren erst dann, wenn die saugmotorische Volllast überschritten ist. Da er die Ladungsdichte im Zylinder erhöht, kann mehr Kraftstoff eingespritzt werden, die Leistung steigt somit. Um auch beim ottomotorischen Brennverfahren den Teillastkraftstoffverbrauch zu reduzieren, kann das geometrische Verdichtungsverhältnis erhöht und damit der thermodynamischen Motorwirkungsgrad gesteigert werden. Der Motorprozess läuft dadurch auf einem höheren Druck- und Temperaturniveau ab, was sich negativ auf das Klopfverhalten bei höheren Lasten auswirkt. Das reduziert jedoch den Motorwirkungsgrad im Hochlastbereich und führt zu einer geringeren Leistungsdichte. Um dem entgegenzuwirken, kann das Miller-Verfahren bei höheren Lasten wiederum das effektive Verdichtungsverhältnis reduzieren. Wie auch beim Leistungskonzept bietet es sich an, mit der VTG den erhöhten Ladedruckbedarf sicherzustellen.
Die VTG kann somit laut BMTS in Verbindung mit dem Miller-Brennverfahren sowohl Fahrleistungen als auch die Effizienz von Ottomotoren steigern. Da die Abgastemperaturen sinken, können thermisch belastete Bauteile einfacher und damit kostengünstiger ausgelegt werden. BMTS hat die Temperaturbelastung der neuen VTG-Generation bei Ottomotoren im Rahmen erster Läufe auf dem Motorprüfstand bereits sichergestellt. Serienreif soll das System innerhalb der nächsten zwei Jahre werden.