KIM II Kapitel 19: Aufladung

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Author:
toebber
ID:
279456
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KIM II Kapitel 19: Aufladung
Updated:
2014-07-23 05:47:56
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KIM
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KIM II Kapitel 19: Aufladung
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  1. Durch welche Grenzen wird der Arbeitsbereich eines Abgasturboladers begrenzt? Gehen sie kurz auf die Grenzen ein. Skizzieren sie ein Verdichterkennfeld mit den genannten Grenzen und zeichnen sie die Linien konstanten Wirkungsgrades ein. Geben sie Zahlenwerte für die Isolieren an.
    • Drehzahlgrenze: maximale Drehzahl durch Festigkeit des Laufzeugs
    • Stopfgrenze: Luft erreicht im engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit
    • Pumpgrenze: Strömungsabriss, instabiler Bereich, zyklisches Fördern und Rückströmen der Luft
  2. Skizzieren sie den Aufbau eines Kompressorsystems mit allen notwendigen Komponenten, Bauteilen und Schläuchen. Gehen sie auf die Funktion der verschiedenen Bauteile ein.
  3. Wieso kann ein Kompressor-aufgeladener Motor durchaus verbrauchsgünstig arbeiten, obwohl die Verluste zum Antrieb der Nebenaggregate durch den zusätzlichen Kompressorantrieb als weiteres Nebenaggregat stark ansteigen?
    • weniger Zylinder, weniger Hubraum, Downspeeding, Bypassdrosselklappe
    • positive Ladungswechselschleife kompensiert Verlustleistung durch Antrieb von zusätzlichem Nebenaggregat -> Reduzierung der Ansaugarbeit -> Entdrosselung
  4. Welche Maßnahmen müssen / können ergriffen werden um die Antriebsleistung des Kompressors im Teillastbereich zu reduzieren? Nutzen sie hierzu wenn nötig Skizzen.
    • schalbare Kupplung (komplettes Abkoppeln des Kompressors im Leerlauf)
    • Bypass-Drosselklappe (Im Kreis fördern der Luft -> nur noch Eigenreibung überwinden)
  5. Zur Erweiterung der Produktpalette sollen sie aus einem bestehenden Saugdieselmotor eine abgasturboaufgeladene Variante ableiten. An welchen Komponenten des Motors und seines Umfeldes müssen sie welche Veränderungen durchführen?
    • ATL (-> höhere Gaskräfte, höhere Temperaturbelastung)
    • Wegen Gaskräften:
    • stärkere Kolben
    • verstärkte Kolbenbolzen
    • stärkere Pleuel
    • hochwertige Lager
    • spezielle Wärmebehandlung der Kurbelwelle
    • verstärkte Zylinderkopfschrauben
    • stärkere Zylinderkopfdichtung
    • Wegen höheren Temperaturen:
    • Ölspritzkühlung Kolbenunterseite
    • hochwarmfeste Auslassventile
    • Abgaskrümmer und Befestigung hochwarmfest
    • Verbesserung der Motorkühlung
    • LAdeluftkühler
  6. Aus welchen Gründen ist es bei aufgeladenen Dieselmotoren erforderlich, einen ladedruckabhängigen Volllastanschlag zu verwenden.
    • Weil die Volllastmenge / Füllgrad vom Ladedruck abhängig ist
  7. Beschreiben sie das Funktionsprinzip eines COMPREX-Druckwellenladers und erläutern sie die Vor- und Nachteile gegenüber anderen Verfahren zur Aufladung von Verbrennungsmotoren.
    • Gasdynamischer Druckaustauscher
    • Abgas und Frischluft stehen in direktem Kontakt
    • Abgas strömt in durch Riemen angetriebenes Zellenrad -> dort befindet sich Frischladung -> Druckausgleich -> Erhöhung des Frischluftdrucks
    • Frischluft verlässt Rotor -> Schließkante verhindert Abgas im Ansaugbereich (Reflektion)
    • p_Abgas > p_Abgastrakt -> Strömung aus Zellenrad in Abgasttrakt und dabei Ansaugung von Frischluft
    • Vorteile: nahezu trägheitslos bei Laständerungen; hohes Moment bei niedrigen Drehzahlen; Partikelüberhöhung durch geringe Ansprechzeit vermeidbar; geringe Antriebsleistung
    • Nachteile: Anbauflexibilität; Platzbedarf; Fertigungskosten; Gegendruckempfindlich; Geräusch; nur ideal für einen kleinen Drehzahlbereich
  8. Zeichnen sie schematisch die Volllast-Ladedruckverläufe bei verschiedenen Möglichkeiten zur Regelung des Ladedrucks und vergleichen sie mit dem LAdedruckverlauf eines ungeregelten Laders. Wo liegen die jeweiligen Vor- und Nachteile der Varianten?
    • 3 verschiedene LAder mit dem Zeil bei 100% Drehzahl 100% Ladedruck zu haben

    • Einlassseitige Regelung: 
    • Vorteile: einfach und zuverlässig
    • Nachteile: energetisch sinnlos (-> Ladedruck wird ungenutzt abgebaut); großes Turbinengehäuse (für maximalen Durchsatz) -> schlechtes Ansprechverhalten
    • Abgasseitig p2:
    • Vorteile: gleichmäßiger Lededruckverlauf; kleine Turbine -> besseres Ansprechverhalten; energetisch sinnvoll
    • Nachteile: Waste-Gate mit Abgaskontakt
    • Abgasseitig p3:
    • Vorteile: Druckerhöhung unterer / mittlerer Drehzahlbereich; Ladedruck singt mit steigender Drehzahl -> verringert die Klopfneigung beim Ottomotor
    • Nachteile: Nutzung von verunreinigtem Abgas zur Steuerung -> kann zu Funktionsstörungen führen
  9. Skizzieren sie schematisch eine 2-Stufen Aufladung. Erläutern sie das System und gehen sie kurz auf die Steuerung bei unterschiedlichen Lasten und Drehzahlen ein.
  10. Skizzieren si schematisch eine doppelte Aufladung. Erläutern sie das System und gehen sie auf die Steuerung bei unterschiedlichen Lasten und Drehzahlen ein.
    • Zwei verschiedene Aufladeaggregate
    • kleine n -> Kompressor
    • mittlere n -> Kompressor und ATL in Reihe
    • hohe n -> ATL
  11. Wo liegen die Vor- und Nachteile von wassergekühlten Turboladergehäusen? In welchem Betriebszustand sind diese vor allem von Nutzen?
    • Kühlung des Laders
    • Besonders beim Abstellen des Motors nach hoher Belastung -> Nachkühlung durch elektrische Wasserpumpe
  12. Wo liegen die Vor- und Nachteil der Ladeluftkühlung?
    • Vorteile:
    • Leistung / Moment steigt
    • p2 kann niedriger gewählt werden (bei M=const)
    • Verdichterleistung bei Otto sinkt
    • Wirkungsgradoptimale Verbrennung beim Otto -> Verbrauchsreduzierung

    • Nachteile:
    • Kosten durch Systemaufwand
    • Platzbedarf
    • Luftführung
    • größerer Zündverzug bei Diesel (-> Vergrößerung der ersten Phase -> Bauteilbelastung / Geräusch)
  13. Worin unterscheiden sich einflutige Lader von zweiflutigen Exemplaren? Was sind die Vorteile der zweiflutigen Variante? Wo liegen die Probleme?
    • einflutiger Lader: gesamtes Abgas strömt durch einen Kanal zur Turbine
    • zweiflutiger Lader: Abgas strömt ungestört durch zwei getrennte Kanäle zur Turbine -> Trennung der sich negativ beeinflussenden Zylinder beim Ladungswechsel -> Umsetzung der Stoßaufladung
    • Problem: Steg zwischen fern Abgasmassenströmen thermisch sehr hoch belastet ( Kühlung schwierig)
  14. Zeichnen sie ein Verdichterkennfeld und integrieren sie die Volllast-Schlucklinie eines Motors. Welche Ziele sind bei der Kombination des Motors mit dem Verdichter zu erfüllen?
    • Ziele:
    • Volllast-Schlucklinie im Bereich hoher Wirkungsgrade
    • Abstand zur Pumpgrenze
    • hohe Laderdrehzahlen vermeiden
    • hohe Dynamik -> kleiner ATL mit geringem MTM -> kleines Turbinengehäuse -> volle LAderdrehzahl bei geringem Abgasmassenstrom
  15. Was versteht man unter VTG-Turboladern? Wie funktionieren diese? Was sind die besonderen Probleme bei derartigen Ladern? Bei welchen Motoren werden diese Lader bisher vornehmlich eingesetzt und warum ist das so?
    • Turbolader mit variabler Turbinengeometrie -> Regelung der Turbinenleistung durch Veränderung von Anströmwinkel und Anströmgeschwindigkeit
    • Funktion:
    • Leitschaufel geschlossen -> niedrige Drehzahl -> verengter Durchschnitt -> höhere Strömungsgeschwindigkeiten -> höhere Umfangsgeschwindigkeit der Turbine (=Drehzahl) -> mehr Ladedruck bei wenig Abgasmassenstrom
    • Leitschaufeln offen -> hohe Drehzahl -> maximaler Durchsatz möglich -> Reduzierung des abgasgegendrucks
    • Bisher vornehmlich bei Dieselmotoren (wegen niedrigerer Abgastemperatur)
    • Vorteile: gutes Ansprechverhalten im gesamten Drehzahlbereich; keine Verschwendung von Abgasenergie; Bremswirkung im Schub steuerbar (NFZ)
    • Nachteile: hohe Rückstellkräft auf Leitschaufeln durch Abgasgegendruck; hohe thermische Belastung der Schaufeln / Verstellung; Verschmutzung der Verstelleinrichtung möglich

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