DIAGONALVERDICHTER FÜR GERINGZYLINDRIGE VERBRENNUNGSMOTOREN

Auf einen Blick

Forschungsprojekt Diagonalverdichter für geringzylindrige Verbrennungsmotoren
Fachbereich Ingenieurwissenschaften
Institut Institut für nachhaltige Mobilität und Energie (INME)
Leitung Prof. Dr.-Ing. Stefan Rusche
Beteiligte Manuel Weber
Stephan Bamberg
Ansprechpartner Forschungsförderung Dr. Michael Anton
Projektpartner Borg Warner Turbo Systems Engineering GmbH
TU Ilmenau
Fördermittelgeber BMBF FHprofUnt
Laufzeit 01.01.2015 – 31.12.2017

Projektbeschreibung

Ottomotoren sind die weltweit meistgenutzten Antriebsmaschinen für PKW. Um den Verbrauch von Ottomotoren bei gleichbleibender Motorleistung zu senken, werden der Hubraum und die Zylinderzahl reduziert und verstärkt Turbolader eingesetzt. Man spricht hier von „down-sizing“. Bislang bilden hier Vierzylindermotoren den Standard. Aufgrund intensiver Entwicklungsanstrengungen gelangen jedoch verstärkt auch Dreizylindermotoren zu mehr Bedeutung, insbesondere, da diese sehr gut mit Abgasturboladern kombiniert werden können.

Der konsequente nächste Schritt, um eine weitere Effizienzsteigerung zu erreichen und den mechanischen und thermischen Wirkungsgrad zu optimieren, wären turboaufgeladene Zweizylindermotoren. Dem steht die traditionelle Radialverdichterauslegung des Turboladers entgegen, die einen instabilen Betrieb in Verbindung mit 1- und 2-Zylinder-Motoren zur Folge hat, was wiederum zu einer Schädigung des Turboverdichters führt.

Eine Lösung könnte in Kennlinien liegen, wie sie von Diagonalpumpen bekannt sind. Sie ermöglichen – anders als Radialverdichter – einen stabilen Betrieb auch bei sehr kleinen Volumenströmen. Solche Kennlinien wären auch bei Turboladern in Verbindung mit 1- und 2-Zylinder-Motoren erforderlich, um bei geringen Motordrehzahlen eine ausreichende Luftzufuhr und eine stabilen Turboladerbetrieb zu realisieren.

Im Rahmen des Forschungsantrages soll nun eine Verdichterauslegung umgesetzt werden, die an einem 2-Zylinder-Motor ein stabiles Betriebsverhalten aufweist. Dazu wird die radiale Strömungsführung am Austritt der aktuellen Turbolader durch eine diagonale Komponente ergänzt. Die Geometrie des Laufrads und des Gehäuses muss also für die Nutzung eines möglichst breiten Drehzahlbandes ausgelegt werden. Für diese strömungstechnischen Optimierungen bietet sich das Werkzeug der numerischen Simulation an. Die Ergebnisse der Berechnungen werden sowohl am Motor- als auch am Turboladerversuchsstand experimentell überprüft.

Nach erfolgreich abgeschlossenen Optimierungen würde dieses Vorhaben einen entscheidenden Schritt zur Effizienzsteigerung kleiner Ottomotoren ermöglicht, nutzbar sowohl für mobile wie auch für stationäre Anwendungen.

Grafiken zum Projekt Diagonalverdichter für geringzylindrige Verbrennungsmotoren