In dem Projekt „Axialturbinen-Abgasturbolader für Magerkonzepte“ geht es um die Entwicklung und experimentelle Erprobung eines einstufigen Axialturbinen-Abgasturboladers zur Aufladung eines mit λ = 2 betriebenen Ottomotors im Bereich des Worldwide Harmonized Light-Duty Vehicles Test Cycle (WLTC). Die numerische Entwicklung der Axialturbine des Turboladers im Vorgängerprojekt „Abgasturbolader für Magerkonzepte“ dient als Ausgangsbasis des Projekts. Die Fragestellung wird als Kooperation zwischen dem Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik der Leibniz Universität Hannover und dem Institut für Verbrennungskraftmaschinen der Technischen Universität Braunschweig über eine Laufzeit von 2 Jahren bearbeitet.
Förderungsdauer:
Axialturbinen-ATL für Magerkonzepte: 01.04.2022 - 31.03.2024
Infrastruktur für zukünftige Wasserstoffantriebstechnik (I-ZWAT): 01.03.2022 - 31.07.2022
In den letzten Jahren wurden die CO2-Grenzwerte stetig verschärft. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurden verschiedene Technologien entwickelt. Eine der Technologien ist die Abmagerung von Ottomotoren. Durch die Luftverdünnung wird der indizierte Motorwirkungsgrad erhöht und der Kraftstoffverbrauch reduziert. Jedoch hat die Magerverbrennung Auswirkungen auf die Abgaseigenschaften und damit auf den Abgasturbolader (ATL). Damit werden unmittelbare Schnittstellen zu dem Projekt ICE2025+ und ICE2030 geschaffen. Ein solches Aufladeaggregat ist essentiell für die Gesamteffizienz einer Verbrennungskraftmaschine und ermöglicht überhaupt erst einen Magerbetrieb beim Ottomotor.
Im Magerbetrieb begrenzen die Betriebsbereichsgrenzen der einstufigen ATL den Magerbetriebsbereich im Motorkennfeld. Um dieses Problem zu lösen, wird im Projekt "ATL for lean concepts" ein einstufiges System numerisch entwickelt, um den WLTC-relevanten Betriebsbereich mit λ=2 abzudecken. Ein innovatives Axialturbinenkonzept für Automobilanwendungen mit axial-radialem Diffusor in Kombination mit variabler Turbinengeometrie und variablem Verdichtereintrittsquerschnitt zeigt vielversprechende Ergebnisse. Darauf aufbauend soll im Folgeprojekt Axialturbine ATL für Mager-Konzepte" das Potenzial des Systems im Motorbetrieb demonstriert werden.
Zunächst wird in Zusammenarbeit mit dem kooperierenden Institut eine multikriterielle Optimierung des Verdichters auf Basis von Eingangsdaten aus Motorprozesssimulationen durchgeführt. Parallel dazu wird die entwickelte ATL gefertigt und auf einem Heißgas- und Triebwerksprüfstand validiert. Ein λ=1-Motor wird um einen Magerverbrennungsprozess erweitert. Dazu wird die Zugabe von Wasserstoff zur Erweiterung der Zündgrenzen des Benzin-Luft-Gemisches genutzt. Schließlich wird der optimierte Verdichter hergestellt und auf dem Heißgasprüfstand validiert. Schließlich werden die Verdichterkennfelder verwendet, um einen simulativen Ausblick auf die in der Motorsimulationsumgebung erreichte Magergrenze zu geben.
Die notwendige Wasserstoffinfrastruktur, die den schlanken Betrieb des Motors ermöglicht, wird im Rahmen des Projekts "Infrastruktur für zukünftige Wasserstoffantriebstechnik (I-ZWAT)" vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) als Teil der Reaktion der Union auf die COVID-19-Pandemie finanziert.
Sagan, L., Kuestner, C., Eilts, P., and Seume, J., “Axial Turbine Turbocharger for Charging a Lean-Burn Gasoline Engine,” SAE Technical Paper 2022-01-0377, 2022, doi:10.4271/2022-01-0377.