Untersuchung von Maßnahmen zur Erweiterung des stabilen Kennfeldbereiches eines Radialverdichters für PKW-Anwendungen

In dieser Arbeit werden verschiedene Ansätze zur Erweiterung des stabilen Kennfeldbereiches eines Radialverdichters für die Anwendung an einem kleinvolumigen Ottomotor analysiert. Der Versuchsmotor verfügt serienmäßig über einen einstufigen Wastegate-Turbolader. Die Performance im niedrigen Drehzahlbereich wird über den Einsatz des spülenden Ladungswechsels, auch als Scavenging bezeichnet, unterstützt. Einen Ansatz zur Reduzierung des Scavenging bei gleichbleibender Performance bietet der Einsatz einer Turbine mit variabler Geometrie in Verbindung mit verdichterseitigen Maßnahmen zur Erweiterung des stabilen Kenn-feldbereiches hin zu niedrigeren Massenströmen. Das im Rahmen dieser Arbeit untersuchte Konzept soll ein konstantes Drehmomentniveau bei gleichzeitiger Reduzierung der Ventilüberschneidung im Vergleich zur Serienkonfiguration des Versuchsmotors ermöglichen. Um dies zu erreichen, werden kennfelderweiternde Maßnahmen (KEM) in Form von Querschnittsvariatio-nen am Verdichtereintritt und im Diffusor sowie Vorleitmaßnahmen an einen Radialverdichter mit High-Trim-Laufrad appliziert und experimentell bewertet.Der Beitrag dieser Arbeit liegt in der Analyse und Bewertung der einzelnen KEMs in Wechselwirkung mit dem Verbrennungsmotor. Die Erkenntnisse fließen anschließend in den Aufbau und die Validierung eines 1-D-Simulationsmodells des Motors ein. Durch die Verwendung des Modells ergibt sich ein höherer Freiheitsgrad im Vergleich zum Motorprüfstand, um die Wechselwirkung zwischen Verbrennungskraftmaschine und Aufladegruppe sowie eine nachgelagerte Anpassung der Betriebsstrategie simulativ zu bewerten. Anhand des 1-D-Simulationsmodells ist es weiterhin möglich eine Variabilität der kennfelderweiternden Maßnahmen zu untersuchen.