Aerodynamische Auslegung von Radialverdichtern für aktive kennfelderweiternde Maßnahmen

Abstract

Moderne Ladungswechselstrategien bei Downsizing-Ottomotoren der zweiten Generation steigern die Anforderungen an das Aufladeaggregat zusehends. Neben einer großen stabilen Kennfeldbreite und hohen isentropen Wirkungsgraden im Teillastbereich steigen die erforderlichen Aufladegrade und folglich die Verdichterdruckverhältnisse kontinuierlich. Hierbei ist es notwendig, in den kostengetriebenen Hubraumklassen bis 2 Liter, die Applikation von mehrstufigen Aufladeaggregaten zu vermeiden. Aus diesem Grund wird aktuell der realisierbare Downsizing-Grad, der vom effektiven Mitteldruck bestimmt wird, durch das Aufladesystem begrenzt. In der vorliegenden Arbeit wird eine Auslegungsstrategie entwickelt, um die Anforderungen moderner Downsizing-Ottomotoren hinsichtlich des Ladedrucks, der stabilen Kennfeldbreite und des Teillastwirkungsgrads mit einem einstufigen Aufladeaggregat zu erfüllen. Hierbei wird der Ansatz verfolgt, dass sich die stabile Kennfeldbreite mit einer Querschnittsvariabilität in Form einer Irisblende am Verdichtereintritt und einer Breitenvariabilität des unbeschaufelten Diffusors signifikant erweitern lässt. Hieraus resultieren neue Freiheitsgrade bei der Auslegung der Verdichterstufe. Zusammenfassend wird der Nachweis erbracht, dass die vorgestellte Querschnittsvariabilität eine dimensionslose Kennfeldbreite von 80 % mit unterschiedlichen Verdichterstufen erreicht. Weiterhin wird das Potenzial aufgezeigt, das hierdurch bei der Verdichterentwicklung für Downsizing-Ottomotoren der zweiten Generation entsteht, wenn der Wirkungsgrad und das Stufendruckverhältnis bei der Verdichterauslegung in den Fokus gerückt werden.