Der Druck, Energie sparen zu müssen, macht auch vor dem Turbolader nicht halt

by STS Sensors on Februar 4, 2017
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Druckmesstechnik für Motorentwicklung

Über viele Jahre hinweg wurden Turbolader nur in teure Sportwagen und Dieselmotoren eingebaut; aber im Zuge der Emissionsvorschriften begann man, die Aufladung mit anderen Augen zu betrachten. Obwohl Hersteller im Grunde genommen noch immer danach strebten, das Leistungsvermögen von Motoren zu verbessern, versuchten sie nun, bei verkleinerten und sparsameren Motoren die Leistungsfähigkeit und das Fahrverhalten zu erhalten. So wurden im 21. Jahrhundert fast alle Fahrzeuge, vom 1,0-Liter-EcoBoost-Motor (999 Kubikzentimeter Hubraum) von Ford bis hin zum neuesten Ferrari, mit der brandneuen Turbotechnologie ausgerüstet.

Aber kaum hat sich die Technologie etabliert, scheint sie schon wieder überflüssig zu werden: Die neue E-Charger-Technologie (E-Charger=elektrisch angetriebener Verdichter) stiehlt ihr die Show. Audi hat bereits die Serienproduktion des SQ7 damit ausgestattet und wird die Technologie auch auf zukünftige Produktionen ausdehnen, da die 48-Volt-Elektrifizierung zunehmend Fuß fasst.

Der entscheidende Vorteil des elektrisch angetriebenen Kompressors besteht darin, dass – wie bei Turboladern –keine parasitären Verluste auftreten; aber anders als bei den meisten Turboladern entsteht kein Turboloch und es wird kein Wastegate (Bypassventil zur Regelung des Ladedrucks) benötigt. Der leistungsstarke Elektromotor kann das Antriebsrad in weniger als einer Sekunde auf eine Drehzahl von 70.000 U/min beschleunigen, wodurch das Turboloch überbrückt wird.

Das verbessert natürlich das Fahrverhalten und senkt sowohl den Verbrauch als auch die Emissionen um 7 bis 20 Prozent, wenn das Gerät bei einem Fahrzeug mit Nutzbremsung eingesetzt wird; Letztere erfasst die Bewegungsenergie des Fahrzeugs und wandelt sie in Elektrizität um.

Druck ist der Schlüssel zur Freisetzung der Leistungsfähigkeit des E-Chargers

Ein elektronisch gesteuerter Kompressor kann so konfiguriert werden, dass er die Leistung des Motors optimiert, während die Energierückgewinnung aus dem Abgas maximiert wird; aber um diese Utopie zu verwirklichen, müssen Ingenieure mittels Messungen des Ladedrucks bei verschiedenen Motorlasten und Geschwindigkeiten eine Übersicht des vom Motor benötigten Ladedrucks erstellen. Dies gelingt nur mit Hilfe von hochwertigen Drucksensoren.

Wie bei jedem anderen Kompressor/Turbolader auch ist es wichtig, dass die Aufladeeinheit auf die Anforderungen des Motors abgestimmt ist: Geschieht dies nicht, „verhungert“ der Motor oder es kommt zu einem unnötig hohen Leistungsverbrauch.

Da die Technologie noch nicht ausgereift ist, stehen den Ingenieuren nicht viele Forschungs- und Testdaten zur Verfügung, um die Grenzen der E-Charge-Kompressoren zu untersuchen. Obwohl Strömungslehre und Elektrotechnik gute Grundlagen bieten, auf die man aufbauen kann, ist es dennoch wichtig, Theorien einem Praxistest zu unterziehen.

Um die Leistung bewerten zu können, geht man wie folgt vor: Nachdem der die Messbasis bildende E-Charger bestimmt wurde, wird das Fahrzeug mit extrem genauen Drucksensoren ausgestattet, die leicht kalibriert werden können und präzise Messungen über einen großen Bereich von Ladedrücken und -temperaturen liefern. Diese Sensoren müssen auch gegen Vibrationen und chemischen Einflüssen resistent sein.

Sowohl auf dem Motorprüfstand sowie bei Testfahrten werden Drosselklappenstellung/Motordrehzahl/Luftdruck im Saugrohr und Temperaturen kontinuierlich aufgezeichnet, um die Zusammenhänge dieser Schlüsselkennzahlen zu ermitteln.

Anhand dieser Informationen können Ingenieure überprüfen, ob die richtige E-Charger-Konfiguration gewählt wurde und gleichzeitig sicherstellen, dass der Regelkreis für die Motorsteuerung auf die wichtigen Parameter richtig ansprechen kann.

Wenn dies bewerkstelligt wird, erhält man ein Fahrzeug wie den SQ7, dessen Leistung, Fahrverhalten und Kraftstoffverbrauch beeindruckend sind, und der trotzdem auch zukünftige globale Emissionsvorschrift erfüllt.

Bildquelle: www.motortrend.com

Topics: Verbrennungsmotor, Drucksensor, Automobil, Drucktransmitter, Druckmesstechnik, Turbolader

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