Ladungswechsel als Energiequelle - Untersuchungen mit einem Turbogenerator im Ansaugtrakt
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dungswechsel als Energiequelle – Untersuchungen mit einem Turbogenerator im Ansaugtrakt Ein Turbogenerator ermöglicht es, im relevanten Betriebsbereich des Motors Energie aus den Drosselverlusten, der überschüssigen Abgasenergie und aus Abwärme zu rekuperieren. Das hier von sa-charging solutions, Sonceboz, dem IFKM am KIT und Mercedes-Benz präsentierte Konzept fokussiert auf die einfacher zu handhabende kalte Seite des Motors. Das beacht liche Potenzial des Systems belegen simulationsbasierte Untersuchungen sowie Messungen am Heißgas- und Motorprüfstand.
© sa-charging solutions
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AUTOREN
Pascal Mühlebach, M. Sc. ETH Masch.-Ing. ist Stellvertretender Standortleiter bei der sa-charging solutions AG in Mellingen (Schweiz).
Dipl.-Ing. (FH) Daniel Sigg ist Leiter Vorentw icklung bei der Sonceboz Automotive AG in Sonceboz (Schweiz).
AUSGANGSLAGE
Um die Wirkungsgradnachteile des Otto- im Vergleich zum Dieselmotor weiter zu reduzieren, gilt es, das ver bleibende Potenzial durch neue Ansätze zu adressieren. Die Entdrosselung am stöchiometrisch betriebenen Ottomotor erfolgt heute grundsätzlich mittels Downsizing über die Lastpunktverschiebung. Über zusätzliche Variabilitäten im Ventiltrieb, bei aktuellen Entwick lungen oft auch in Verbindung mit Miller-Steuerzeiten, lassen sich die für diesen Motor charakteristischen Drosselverluste weiter reduzieren. Zusätzliches Potenzial zur Wirkungsgradverbesserung am aufgeladenen Ottomotor ist dadurch gegeben, dass ab mittleren Motorlasten und -drehzahlen grundsätzlich deutlich mehr Turbinenleistung erzeugt werden kann, als verdichterseitig benötigt wird, um den jeweiligen Motorbetriebspunkt zu bedienen. Der abhängig von der Turbinenaus legung gegebene Überschuss an Turbinenleistung kann prinzipiell genutzt werden, um über einen auf der Welle des Abgasturboladers (ATL) angeord neten Generator elektrische Leistung auszuspeisen und auf diese Weise den Gesamtwirkungsgrad des Antriebssystems zu steigern. Dieser Ansatz wird beispielsweise in der Formel 1 seit 2014 verfolgt und trägt zur hohen motorischen Effizienz im dort wesentlichen Betriebsbereich bei hohen Lasten und Drehzahlen bei [1]. Wenngleich die Betriebspunktver teilung unter realen Fahrbedingungen beim Serien-Pkw dafür etwas weniger günstige Voraussetzungen bietet, besteht auch hier das Potenzial, abgasseitig Energie zurückzugewinnen. Die damit verbundene Systemkomplexität sowie MTZ 10|2020 81. Jahrgang
Thomas Weyhing, M. Sc. ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Kolbenmaschinen (IFKM) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Karlsruhe.
die technischen Herausforderungen bei der Integration der E-Maschine durch die hohen Drehzahlen und – je nach Anordnung – hohen Temperaturen am Turbo lader stellen allerdings eine Hürde für eine Umsetzung in Großserie dar. Eine Alternative dazu ist die Energierück gewinnung auf der einfacher zu beherrschenden Luftseite des Ottomotors. ENERGIERÜCKGEWINNUNG IM LUFTPFAD EINES OTTOMOTORS
Das im Folgenden vorgestellte Konzept eines im Luftpfad, also auf der ka
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