Mehr als Boosten - Der Abgasturbolader mit elektrischer Maschine
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hr als Boosten – Der Abgasturbolader mit elektrischer Maschine Die Technische Universität Dresden untersucht Voraussetzungen, Möglichkeiten und die tech nische Umsetzung der Energierückgewinnung durch elektrische Maschinen in Aufladesystemen wie elektrisch unterstützten und elektrisch angetriebenen Turboladern. Der Beitrag soll auf zeigen, welches Potenzial neben der bekannten Dynamiksteigerung durch aktive Beeinflussung der Energieströme am Turbolader erschlossen werden kann.
AUTOREN
Dr.-Ing. Ronny Werner ist Mitarbeiter am Lehrstuhl für Verbrennungsmotoren und Antriebssysteme der TU Dresden.
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Dr.-Ing. Tilo Roß ist Mitarbeiter am Lehrstuhl für Verbrennungsmotoren und Antriebssysteme der TU Dresden.
Dipl.-Ing. Matthias Stiegler ist Mitarbeiter am Lehrstuhl für Verbrennungsmotoren und Antriebssysteme der TU Dresden.
Prof. Dr.-Ing. Frank Atzler ist Leiter des Lehrstuhls für Verbrennungsmotoren und Antriebssysteme der TU Dresden.
© TU Dresden | LVAS
STAND DER TECHNIK
Die Elektrifizierung des Verbrennungsmotors bietet erhebliches Potenzial bei der Erreichung gesetzter CO2- und Emissionsziele. Neue Technologien und Betriebsstra tegien sind gefragt, die neben den not wendigen Fortschritten bei Effizienz und Emission auch die Anforderung an die Fahrdynamik erfüllen. Neben optimierten Brennverfahren haben sich variable Ventilsteuerzeiten als Technik zur Verbrauchsreduzierung durchgesetzt. Letztere stellen die Auf ladesysteme besonders bei Verwendung des Miller-Zyklus vor neue Herausfor derungen. Die Verwendung eines ein stufigen Aufladesystems mit Wastegateoder VTG-Turbolader kann derzeit nur als Kompromisslösung zwischen hohem Anfahrmoment und Low-End Torque (LET) auf der einen und hoher Nenn leistung auf der anderen Seite angesehen werden. Der etablierte Lösungsansatz ist der Übergang zu mehrstufigen Aufladesystemen in verschiedensten Ausprägungen wie zweistufig geregelter Abgasturboaufladung (seriell), RegisterAbgasturboaufladung (parallel) [1] oder unter Verwendung von Zusatzverdichtern [2]. In allen Fällen bedingt das Mehr an Drehmoment im LET-Bereich und/ oder die höhere Nennleistung zusätzliche Bauteile, mehr Bauraum und einen MTZ 10|2020 81. Jahrgang
deutlich höheren finanziellen Aufwand. Ein alternativer Ansatz wurde 1997 vorgestellt [3]. Bereits damals war klar, dass die Kopplung eines Elektromotors (2,5 kW) mit einem Abgasturbolader (eu-ATL) nicht nur als Antrieb, sondern umgekehrt auch als Generator betrieben werden kann. Einen umfassenden Überblick zum Entwicklungsstand geeigneter elektrischer Maschinen kann [4] entnommen werden. Aus den Ausführungen ist abzuleiten, dass für den Einsatz am Turbolader Induktions-(IM) und Permanentmagnetmaschinen (PM) die beste Eignung zeigen. Grundlegend besteht die Möglichkeit, den elektrischen Antrieb auf der Verdichterseite, zwischen Verdichter und Turbinenrad oder auf der Turbi nenseite zu integrieren. 2013 hat G+L Innotec das System Cross-Charger mit elektrischem Antrieb am Verdichter radeintritt vorgestellt [5]. Konzepte für die Positionier
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