Aufladung von Verbrennungsmotoren: Grundlagen, Berechnungen, by Helmut Pucher, Karl Zinner

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By Helmut Pucher, Karl Zinner

Im vorliegenden Buch werden die Grundlagen der Aufladung von Verbrennungsmotoren und das Systemverhalten beim Zusammenwirken von Motor, Aufladesystem und dem vom Motor angetriebenen procedure beschrieben. Es behandelt die aktuellen Aufladeverfahren für Otto- und Dieselmotoren aller Größenordnungen, vom Pkw-Motor bis hin zum großen Schiffsmotor, selbst auf die Anwendung im Motorrad und in Propellerflugzeugen wird eingegangen.

Besonderer Wert wird in dieser Neuauflage auf die Behandlung der thermodynamischen und strömungstechnischen Zusammenhänge bei der Aufladung gelegt, etwa auf die examine des Abgasenergietransports vom Zylinder zur Turboladerturbine und des Energieumsatzes in dieser. Ein Kapitel befasst sich mit den aktuellen Methoden der Motorprozesssimulation, einem gerade für aufgeladene Motoren heute unverzichtbaren Entwicklungswerkzeug.

Wurde in den vorangegangenen Auflagen die Aufladung vornehmlich als Mittel zur Steigerung von Leistungsdichte und Wirkungsgrad von Motoren gesehen, bezieht diese Neuauflage verstärkt das beträchtliche Potenzial der Aufladung zur Senkung der Abgasschadstoffemission mit ein. Es wird der aktuelle konstruktive Aufbau von Aufladeaggregaten einschließlich der dabei eingesetzten Werkstoffe behandelt, so auch der Wälzlagereinsatz in Turboladern.

Das Buch wendet sich in erster Linie an Ingenieurinnen und Ingenieure, die sich mit Forschung, Konstruktion und Entwicklung von aufgeladenen Motoren und den zugehörigen Aufladeaggregaten zu befassen haben, aber ebenso an Studierende des Maschinenbaus und der Fahrzeugtechnik und schließlich an alle, die ihre Kenntnisse auf diesem wichtigen und interessanten Gebiet des Motorenbaus vertiefen wollen.

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Setzt man für das Arbeitsgas (Abgas) im Zustandspunkt Z (= 5Z) als realistische Werte κ = 1,3 TZ = 1200 K p3 /pZ = 1/4, so resultiert aus Gl. 6) bei gleichen Eingangsdaten den geringeren Wert T 3 =871 K. Das Phänomen des Unterschieds zwischen den Temperaturen T 3 und T 3 lässt sich auch unter Benutzung des T,s-Diagramms erklären (Abb. 4). Dieser Erklärungsweg liefert vor allem auch eine gedankliche Brücke zum Verständnis des Übergangs vom immer instationären Ausströmen aus dem Zylinder zum, zumindest bei idealer Stauaufladung gegebenen, stationären Durchströmen der Abgasleitung und der Abgasturbine.

Wie beim Rootslader sorgen zwei Zahnräder auf den Wellen der Schraubenkolben für deren berührungsloses Zusammenspiel. Die Luft, welche die konkaven Schraubengänge ausfüllt, wird durch die konvexen Schraubengänge von der Einlass- zur Auslassseite gedrückt und auf diesem Wege verdichtet. Der Verlauf einer Laderkennlinie im Laderkennfeld, das ist der Verlauf des LaderDruckverhältnisses p2 /p1 über dem geförderten Volumenstrom V˙1 = m/ρ ˙ 1 bei einer bestimmten Laderdrehzahl nL – s. Abb. 12–, lässt sich für Verdrängerlader besonders anschaulich anhand des Kolbenverdichters erklären – s.

2 Die Aufladung bei idealisierter Prozessführung (7Z – 8Z). Es ergibt sich eine, im Sinne einer vom Motor abgegebenenArbeit, positive Ladungswechselarbeit WLDW , repräsentiert durch die Fläche 8Z – 1Z – 6Z – 7Z – 8Z. Die vom Motor aufzubringende (negative) Laderarbeit WL ist allerdings betragsmäßig größer als seine (positive) Ladungswechselarbeit. Die Laderarbeit WL entspricht dem Flächeninhalt des p,V-Diagramms des Laders, wenn dieser die dem Zylinder zu liefernde Ladung vom Druck p1 auf den (Lade-)Druck p2 verdichtet.

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