Untersuchungen zum Potential eines Verbrennungsmotors mit Druckwellenlader

Mithilfe der Abgasturboaufladung lässt sich der Kraftstoffverbrauch im Fahrzeugbetrieb durch das Anheben der spezifischen Motorleistung senken. Im Gegensatz zur mechanischen Aufladung verschlechtert sich jedoch mit der Abgasturbolaufladung das Ansprechverhalten. Eine Möglichkeit den Zielkonflikt von Kraftstoffverbrauch und Ansprechverhalten zu lösen ist es, den Abgasturbolader durch einen Druckwellenladers zu ersetzen. Dieser überträgt die Abgasenergie direkt auf die Frischluft in Form von Druckwellen. Der direkte Kontakt von Frischluft und Abgas im Zellenrad ermöglicht auf der einen Seite eine nahezu verzögerungsfreie Energieübertragung. Auf der anderen Seite kann dieser auch zu unerwünschter Abgasrezirkulation und zum Durchspülen von Frischluft in den Abgastrakt führen. Die Spalte an den Zellenradenden haben den größten Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad des Systems und müssen im Laufe der Entwicklung noch verringert werden. Durch eine andere Auslegung der Kantenwinkel in den Statorgehäusen ließe sich außerdem die Spreizung des Laders und damit die Motorvolllast erhöhen. Um das Potential am Motor zu untersuchen, wurde ein aktueller Serienmotor mit Abgasturbolader aufgebaut und als Basis vermessen. Danach wurde das Serien-Aufladesystem durch einen Druckwellenlader ersetzt und erneut ver-messen. Der Vorteil des Druckwellenladers offenbart sich bei hoher Motorleistung durch ei-nen geringeren Abgasgegendruck, wodurch sich die Nennleistung steigern lässt. Auf der anderen Seite konnte das Eckdrehmoment bei niedriger Drehzahl nicht erreicht werden, da der Gesamtwirkungsgrad und das Ausspülen von Restabgas aus dem Zellenrad nicht ausreichend war. Mithilfe eines Gesamtmodells aus Motor und Komponente konnte gezeigt werden, dass sich durch Verringern der Leckage infolge kleinerer axialer Spaltmaße das gleiche Eckdrehmoment wie in der Basis erreichen lässt. Weiterhin stellt die Spülung des Druckwellenladers ein Problem für die Abgasnachbehand-lung beim Ottomotor dar, da der dort eingesetzte Drei-Wege-Katalysator nur mit stöchiometrischem Abgas vollständig konvertieren kann. Daher wird der Katalysator zwischen Motoraus-lass und Druckwellenlader positioniert, wo er aber als eine Wärmekapazität das Ansprechverhalten behindert. Um dies zu kompensieren, wurde eine variable Flutenabschaltung mithilfe des Modells untersucht und deren Potential hinsichtlich des Ansprechverhaltens aufgezeigt.