Vorlesung Aufladung von Verbrennungsmotoren

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1 Vorlesung Aufladung von Verbrennungsmotoren Lernziel: Um die notwendige Effizienz unter Einhaltung den gesetzten Emissionsvorschriften zu realisieren, stellt die Turboaufladung eine wesentliche Technologie in der Entwicklung von moderne Verbrennungsmotoren dar. Im Rahmen dieser Vorlesung soll den Studierenden die Technologie der Turboaufladung erläutert werden. Ein zentraler Lerninhalt ist die Kopplung von Kolbenmaschine und Strömungsmaschine. Die Studierenden sollen in die Lage versetzt werden die Anforderung an eine Turboaufladung auf Basis motorischer Randbedingungen abzuleiten und Konzepte in der Ausführung der Turboaufladung zu kennen und bewerten zu können. Die Regelbarkeit der Aufladung ist ein entscheidender Aspekt in der Anpassung der Charakteristik einer Strömungsmaschine an einen Hubkolbenmotor und wird in der Vorlesung besprochen. Weiterhin soll ein Einblick in die Auslegung und Gestaltung von Turboladern im Hinblick auf Strömungsmechanik, Strukturmechanik und Rotordynamik gegeben werden. Literatur: Helmut Pucher, Karl Zinner; Aufladung von Verbrennungsmotoren; 2012 Hermann Hiereth, Peter Prenninger; Aufladung von Verbrennungskraftmaschinen; 2003 Organisation der Vorlesung: Blockvorlesung eine Woche am Ende des Sommersemesters alternativ 2x3 Tage Skript als Handout Vortrag: in deutscher Sprache, PowerPoint-Präsentation + Tafel

2 Gliederung der Vorlesung: 1 Einführung 1.1 Grundidee der Aufladung Motorleistung, Emission Aufladung um Luftmasse im Zylinder anzuheben und dadurch die Emission abzusenken bzw. die Leistung anzuheben 1.2 Arten der Aufladung dynamische Aufladung Ausnutzung der Dynamik im Saugrohr mechanische Aufladung Schrauben-, Hubkolbenkompressoren, Rootsgebläse Fremdaufladung elektrisch angetriebenes Gebläse bzw. Kompressor Turboaufladung 1.3 Bauarten von Aufladeaggregaten 1.4 Geschichte der Aufladung 2 Arbeitsprozess der Verbrennungskraftmaschine 2.1 PV- und Ts-Diagramm von Otto- und Dieselmotoren 2.2 Ladungswechsel von Hubkolbenmotoren 2.3 ATL unterstützter Ladungswechsel 2.4 Arbeitsprozess von aufgeladenen Diesel- / Ottomotoren 3 Thermodynamik der Aufladung 3.1 Energiebilanz am Turbolader 3.2 Verdichter Arbeitsprozess des Verdichters Grundgleichung des Arbeitsprozess

3 3.2.3 Kennfeld 3.3 Turbine Arbeitsprozess der Turbine Grundgleichung des Turbinen-Arbeitsprozess Kennfeld 4 Anforderung an die Aufladung 4.1 Kennfeldbreite des Verdichters Fördervermögen des Laders vs. Schluckverhalten des Motors 4.2 Wirkungsgrad 5 Aufladekonzepte 5.1 Einstufige Turboaufladung 5.2 zweistufige Turboaufladung 5.3 Regelung der Turboaufladung WasteGate Bypass Regelung von zweistufigen Aufladesystemen Umblasen 5.4 Registerschaltung 5.5 Stoss und Stauaufladung 5.6 Zwischenkühlung 6 Betriebsverhalten aufgeladener Motoren 7 Bauformen von Turboladern 7.1 Radialverdichter 7.2 Radialturbine 7.3 AxialTurbine 7.4 Halbaxiale Turbine

4 7.5 Beschaufelter Verdichter 7.6 Beschaufelte Turbien 7.7 Variable Turbinengeometrie Drehflügel Schiebehülsen 8 Auslegung von Turboladern 8.1 Verdichterauslegung Strömungsmechanik Beschaufelter Diffusor Kennfeldstabilisierende Maßnahmen Strukturmechanik 8.2 Turbinenauslegung Strömungsmechanik Beschaufelter Vorleitapparat Strukturmechanik 8.3 Simulationsmethoden 9 Konstruktionsprinzipien 9.1 Verdichterrad und Gehäuse 9.2 Turbinenrad und Gehäuse 9.3 Lagerungsarten 9.4 Dichtung 9.5 Kühlung 9.6 Containment 9.7 Halterung / Integration in das Motorkonzept 10 Versuchstechnische Erprobung

5 10.1 Kennfeldvermessung 10.2 Belastungsmessung 11 Regelungskonzepte 11.1 WasteGate 11.2 Bypass Regelung 11.3 Drehzahlerfassung 12 Exkursion 12.1 Besuch MTU-Friedrichshafen Vorstellung des Unternehmens Vorträge aus der Strömungsmechanik, Thermodynamik und Strukturmechanik Besichtigung des Komponentenprüfstands Besichtigung der ATL-Fertigung Motormontage Motorprüffeld