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Die grundsätzlichen Entwicklungsziele zukünftiger Verbrennungsmotoren für Pkw- und Nfz-Anwendungen machen weiterentwickelte Aufladesysteme notwendig. Die Auslegung eines solchen Aufladesystems im Hinblick auf die Nennleistung des Motors einerseits und das Instationärverhalten und den Bereich des maximalen Drehmoments andererseits führt zu einem Zielkonflikt. Für den Nennleistungspunkt benötigt man einen relativ großen Abgasturbolader. Der Wunsch nach einem sehr hohen Ladedruck schon bei geringen Motordrehzahlen bedeutet dagegen, daß die Turbine und der Verdichter deutlich kleiner angepaßt werden müssen. Idealerweise bräuchte man also eine Kombination aus beidem.

Zur Lösung dieses Zielkonflikts hat BorgWarner Turbo Systems die 2-stufige geregelte Aufladung (R2S®) entwickelt. Sie entspricht einem solchen Idealaufbau und ermöglicht für jeden Motorbetriebspunkt eine stufenlos variable Anpassung der Turbinen- und Verdichterseite.
Mit diesem neu entwickelten Aufladeverfahren bietet BorgWarner Turbo Systems dem Motorenhersteller ein weiteres äußerst leistungsfähiges Aufladesystem für zukünftige Motorgenerationen, die höchste Anforderungen bezüglich Leistungsentfaltung, Verbrauch und Umweltverträglichkeit erfüllen.

Die 2-stufige geregelte Aufladung (R2S®) ist eine Reihenschaltung zweier - unterschiedlich großer - Turbolader mit einer Bypassregelung. Der von den Zylindern kommende Abgasmassenstrom strömt zunächst in die Abgassammel-rohrleitung. Von hier aus besteht die Möglichkeit, entweder den gesamten Abgasmassen-strom über die Hochdruckturbine (HD) zu expandieren, oder einen Teilmassenstrom über die Bypassleitung zur Niederdruckturbine (ND) umzuleiten. Der gesamte Abgasmassenstrom wird dann nochmal von der nachgeschalteten Niederdruckturbine (ND) genutzt.

Der gesamte Frischluftmassenstrom wird zunächst durch die Niederdruckstufe vorverdichtet. In der Hochdruckstufe erfolgt anschließend eine weitere Verdichtung und Ladeluftkühlung. Aufgrund der Vorverdichtung arbeitet der relativ kleine HD-Verdichter auf einem höheren Druckniveau, so daß er den erforderlichen Luftmassenstrom durchsetzen kann.

Bei kleinen Motordrehzahlen, d.h. kleinen Abgasmassenströmen, bleibt der Bypass voll-ständig geschlossen und der gesamte Abgasmassenstrom expandiert über die HD-Turbine. Dadurch ergibt sich ein sehr schneller und hoher Ladedruckaufbau.Mit zunehmender Motor-drehzahl wird die Expansionsarbeit kontinuierlich zur ND-Turbine verlagert, indem der Bypassquerschnitt entsprechend vergrößert wird.

Die 2-stufig geregelte Aufladung ermöglicht damit eine stufenlose Anpassung auf der Turbinen- und Verdichterseite an die Erfordernisse des Motorbetriebs.

Die Regelung des Systems kann durch pneumatische Aktuatoren erfolgen, die auf Bypassklappen wirken, wie sie in Turboladern mit Ladedruckregelklappen in Großserie eingesetzt werden. Damit ist es möglich bei detaillierter Kenntnis des komplexen Systemverhaltens ein kompaktes Aufladesystem darzustellen, das unter Verwendung bewährter Komponenten höchste Anforderungen an Drehmoment, Ansprechverhalten und Leistung erfüllt.

 

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