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Über dieses Buch

Adalbert Wolany untersucht verschiedene Aspekte der impulsgetrennten Aufladung und stellt hierfür neue Methoden vor. Der Autor erarbeitet für den spülenden Ladungswechsel am einflutigen Abgasturbolader geeignete Auslassöffnungsdauern und optimiert im Nennleistungsbereich hinsichtlich des Verbrauchs den Ladungswechsel durch eine partielle Flutentrennung. Er stellt eine neue Methode zur Beurteilung der Stromungsgute von Abgaskrummern in der CFD-Simulation vor, welche den gesamten nutzbaren Energieinhalt des Fluids am Krummeraustritt berucksichtigt. Um das durch Abgasdruckpulse angeregte Schwingverhalten von Wastegate-Klappen in der 1D-Strömungssimulation erfassbar zu machen, erörtert Wolany einen neuen Modellierungsansatz, bei dem das Wastegate sowohl strömungstechnische als auch mechanische Eigenschaften besitzt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Einleitung

Der Verbrennungsmotor ist und bleibt trotz starker Bestreben, alternative Antriebstechnologien im Markt zu etablieren, das dominierende Antriebsaggregat für den individuellen Kraftfahrzeugverkehr. Zum Ende des zwanzigsten Jahrhunderts konnten Dieselmotoren insbesondere in Europa den Ottomotoren aufgrund technologischer Errungenschaften wie Direkteinspritzung und Aufladung, durch deren Einsatz Dynamik und Effizienz und somit die Kundenakzeptanz verbessert werden konnte, große Marktanteile abringen. Doch weltweit ist der Ottomotor mit über 80% Marktanteil (vgl. [Bas13]) die vorherrschende Antriebsquelle. Wegen seiner hohen Leistungsdichte, seinem einfachen und leichten Aufbau, seinem guten Kosten-Nutzen-Verhältnis und seiner Fähigkeit zur Nutzung alternativer Kraftstoffe (z.B. Ethanol, Erdgas) hat sich der Ottomotor global etabliert und offeriert demzufolge auch eine hohe Zukunftsfähigkeit.

Adalbert Wolany

Chapter 2. Stand der Technik abgasturboaufgeladener Ottomotoren

Der Ottomotor ist üblicherweise als Hubkolbenmotor ausgeführt (Ausnahme Wankelmotor) der in vier Takten (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausschieben) arbeitet und dabei im Arbeitstakt die chemisch gebundene Energie des Kraftstoffs durch eine fremd initiierte Verbrennung (Fremdzündung) in Wärme umwandelt. Als Wärmekraftmaschinen setzt der Verbrennungsmotor in der Expansion die Wärme in mechanische Energie für den Fahrzeugantrieb um.

Adalbert Wolany

Chapter 3. Problemstellung und Zielsetzung

Im Wesentlichen sind die Problemstellungen von abgasturboaufgeladenen Ottomotoren verwurzelt in der rein thermodynamischen Kopplung von Strömungs- und Hubkolbenmaschine. Hinzu kommen die verschiedenen Arbeitsweisen sowie das grundsätzlich unterschiedliche Durchsatzverhalten des Hubkolbenmotors und des Abgasturboladers.

Adalbert Wolany

Chapter 4. Methoden der Untersuchungen

Alle experimentellen sowie numerischen Untersuchungen in dieser Arbeit basieren auf einem Vierzylinder-Ottomotor mit Bezindirekteinspritzung (Homogenbetrieb), wobei der Injektor seitlich und die Zündkerze zentral angeordnet sind. Der Hubraum des Reihenmotors beträgt 1998 cm3 bei einem Verdichtungsverhältnis von ε = 9,2. Die oben liegenden Nockenwellen verfügen über hydraulische Phasensteller, die sowohl einlass- als auch auslassseitig über einen kontinuierlichen Verstellbereich von je 50°KW verfügen, womit die Steuerzeiten und der Ventilüberschnitt im gesamten Kennfeld betriebspunktabhängig wahlweise zur Leistungs- und/oder Effizienzsteigerung angepasst werden können.

Adalbert Wolany

Chapter 5. Ergebnisse

Bei der Stoßaufladung wird im Gegensatz zur Stauaufladung auch die kinetische Energie der strömenden Abgasmasse genutzt. Eine hohe Impulshaltigkeit der Abgasströmung ist insbesondere für das Ansprechverhalten der Turbine im dynamischen Motorbetrieb von großer Bedeutung. Daher soll insbesondere im Bereich niederer Drehzahl und hoher Last (Low-End-Torque) der Abgaskrümmer die Abgasenthalpie mit einem hohen kinetischen Energieanteil bis zur Turbine leiten, um damit das Beschleunigungsverhalten des Aufladeaggregats und letztlich des Fahrzeugs zu verbessern.

Adalbert Wolany

Chapter 6. Zusammenfassung

Die Aufladung von Ottomotoren hat in jüngster Vergangenheit im Sinne einer Effizienzsteigerung und damit einer Senkung von Verbrauch und Emissionen stark an Bedeutung gewonnen. Bei direkteinspritzenden Ottomotoren mit ein- und auslassseitigen Phasenstellern hat sich zur Verbesserung des Drehmomentaufbaus im unteren Drehzahlenbereich das Prinzip der Stoßaufladung zusammen mit einem spülenden Ladungswechsel durchgesetzt. Zur Umsetzung des spülenden Ladungswechsels kommen in der Serie derzeit zwei Konzepte in Betracht.

Adalbert Wolany

Backmatter

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