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Anhang
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166 Anhang
Abbildung 6.1: Messstellenplan Aufbau flutengetrennte Aufladung
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Dru
ckau
fneh
mer
The
rmoe
lem
ent T
yp K
: NiC
r-N
i
Wid
erst
ands
ther
mom
eter
: Pt1
00
p K
Pt HFM
Hei
ssfil
mlu
ftmas
senm
esse
r
Kur
belw
elle
nwin
kelg
eber
: Kis
tler
2613
A
ND
KP
Nie
derd
ruck
pum
pe K
rafts
toff
Was
serp
umpe
HD
KP
Hoc
hdru
ckpu
mpe
Kra
ftsto
ff
KW
G
Abbildung 6.2: Messstellenplan Aufbau einflutige Aufladung
168 Anhang
p 3[b
ar]
0.51.01.52.02.53.03.5
25004min-1
pme =4114bar
x WG
[mm
]
0.01.02.03.04.05.06.0
Aef
f[m
m2 ]
050
100150200250
Kurbelwinkel4[°KW]0 180 360 540 720
Aeff =474.64mm2
40004min-1
pme =4114bar
Kurbelwinkel4[°KW]0 180 360 540 720
Aeff =4187.64mm2
Abbildung 6.3: Laseroptisch gemessenes Wastegate-Schwingverhalten bei unterschiedlichenDrehzahlen
.
. mÜ
bers
tröm
[kg/
s]
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
Kurbelwinkel4[°KW]0 90 180 270 360 450 540 630 720
mF14in4F2 =40,1554gmF14in4F2 =40,0864g
CFDF14in4F2CFDF14in4F21DF14in4F21DF14in4F2
mA
usla
ss[k
g/s]
0.000.100.200.300.40
55004min-1
Zyl.2 Zyl.1 Zyl.4Zyl.3
Abbildung 6.4: Ergebnisse des asymmetrischen Übersprechens zwischen den Fluten aus der3D-CFD und Nachmodellierung in der 1D-Strömungssimulation
Anhang 169
Messungasym.KAnsatzRingspaltflächenansatz
Ven
tilh
ubK[m
m]
0246810121416
Zyl.K4
Zyl.K3
Zyl.K1
Zyl.K2
KurbelwinkelK[°KW]0 90 180 270 360 450 540 630 720
FlutK2
p 3[b
ar]
1.01.52.02.53.03.54.04.55.0
KurbelwinkelK[°KW]0 90 180 270 360 450 540 630 720
Zyl.K4Zyl.K1
Zyl.K2 Zyl.K3
4000Kmin-1 FlutK1
Ven
tilh
ubK[m
m]
02468101214
Zyl.K4
Zyl.K3
Zyl.K1
Zyl.K2
FlutK2
p 3[b
ar]
1.01.52.02.53.03.54.04.5
Zyl.K4
Zyl.K2 Zyl.K3
Zyl.K1
2000Kmin-1 FlutK1
Abbildung 6.5: Validierung des asymmetrischen hydraulischen Ringspaltflächenansatztes zurAbbildung des Übersprechens zwischen den Fluten einer asymmetrischen Zwil-lingsstromturbine im Low-End-Torque bei 2000 min−1 (oben) und im Nennleis-tungsbereich bei 4000 min−1 (unten)
170 Anhang
Abbildung 6.6: Umsetzung des Wastegate-Modells, Anforderungen, Modellierungen und Para-metrierungen in der 1D-Strömungssimulation
Wastegate(Strömungskraft)
Wastegate(Ventil)
Anforderung:Durchflusskoeffizient in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel WG
( ) =Modellierung:
Parametrierung:ermittelt auf
einer Fließbank
Anforderung:Kraftwirkung:Strömung auf Wastegate
, = ,vWG - ,nWG= · ·
2 x MechFlowConnMoment auf Wastegate:
Modellierung:
Parametrierung:Sperrfläche senkrecht zur Strömung.
Anforderung:Massen & Trägheiten
Übersetzung
0° < < 30°Randbedingungen
Modellierung:
Parametrierung:Zusammenhang Verstell-weg & Öffnungswinkel
Mechanik (Kinematik)
Mechanik (Dynamik)
Anforderung:Druckkraft generieren=Federeigenschaften= + 0Reibung=
Modellierung:
Parametrierung:Zusammenhang Öffnungs-winkel & Dosendruck
Anhang 171
1.64
1.68
1.72
1.76
1.60Asa
[°K
WnG
OT]
20
25
30
35
40
1.68
1.76
1.80
1.60
1.52 Asa
[°K
WnG
OT]
20
25
30
35
40p2 Messung
1.681.72
1.761.80
1.841.88
1.641.60
1.56Asa
[°K
WnG
OT]
20
25
30
35
40p3 Simulation
1.601.64
1.561.52
1.48
1.841.80
1.72
Asa
[°K
WnG
OT]
20
25
30
35
40p3 Messung
1750amin-1
260280
300310
220
240
Asa
[°K
WnG
OT]
20
25
30
35
40mL Simulation.
260240
220200
280300
310
Asa
[°K
WnG
OT]
20
25
30
35
40mL Messung.
1.081.10
1.121.16
1.061.04A
sa[°K
WnG
OT]
20
25
30
35
40
Eöa[°KWnGOT]-40 -35 -30 -25 -20
p2 Simulation
λAbgas Simulation
1.101.12
1.141.18
1.041.06
1.08
Asa
[°K
WnG
OT]
20
25
30
35
40
Eöa[°KWnGOT]-40 -35 -30 -25 -20
λAbgas Messung
0.890.88
0.860.84
0.820.81 A
sa[°K
WnG
OT]
20
25
30
35
40be Messung0.88
0.810.83
0.87
0.79
0.85
Asa
[°K
WnG
OT]
20
25
30
35
40be Simulation
Abbildung 6.7: Modellvalidierung einer Steuerzeitenvariation mit einflutiger Aufladung im Low-End-Torque
172 Anhang
Tabelle 6.1: Verwendete gemittelte Stoffwerte des Abgases für die CFD Untersuchung
Dynamische Molmasse Spezifische WärmeleiffähigkeitViskosität Wärmekapazität (cv)
kgm · s
gmol
Jkg ·K
Wm ·K
3,67×10−3 28,9 1216,9 0,026
Tabelle 6.2: Netzparameter der Modelle für die CFD Untersuchung
Einheit Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4
Volumen mit mm3 1288633 1461030 1363030 1514630AuslaufstreckeKnoten 96303 131069 115640 137747Elemente 337002 446913 397506 465464
Anhang 173
15003min-1
.
. .
.Ht[k
W]
0
20
40
60
80
100
Htdt
3[kJ
]
0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5Variante32
Kurbelwinkel3[°KW]0 90 180 270 360 450 540 630 720
Kurbelwinkel3[°KW]0 90 180 270 360 450 540 630 720
Ht[k
W]
0
20
40
60
80
100 Variante33
Htdt
3[kJ
]0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5Variante34
Variante31
techn.3Arbeitsfähigkeitsstrom3KEtechn.3Arbeitsfähigkeitsstrom3Fltechn.3Arbeitsfähigkeit3KEtechn.3Arbeitsfähigkeit3Fl
∫∫
Abbildung 6.8: CFD-Berechnungen der spezifischen technischen Arbeitsfähigkeit der untersuch-ten vier Krümmervarianten im Low-End-Torque bei 1500 min−1
174 Anhang
Dur
chflus
skoe
ffiz
ient
8 αK
[-]
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
Ventilhub8[mm]0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Einlass8EinströmenEinlass8AusströmenAuslass8EinströmenAuslass8Ausströmen
Abbildung 6.9: Gemessene Durchflusskoeffizienten der Ein- und Auslassventile für Einströmenund Ausströmen (Bezug: Bohrungsdurchmesser)
Ven
tilh
ubU[m
m]
0
3
6
9
12
Wiederausschieben
KurbelwinkelU[°KW]270 GOT 450 UT 630
mEin
lass
vent
il[k
g/s]
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
.
EinlassU 0U°KW nGOTEinlassU-30U°KW nGOT
Abbildung 6.10: Reduktion des Wiederausschiebens eines Teils der Zylinderladung nach demunteren Totpunkt durch Verstellung der Einlasssteuerzeit in Richtung früh imspülenden Ladungswechsel bei 1500 min−1 (Turbinenhalsquerschnitt 7,5 cm2)
Anhang 175
norm
öRb e
[E]
SöTT
SöPT
SöäT
SöuT
VentilüberschnittR[°KW]ZT äT vT uT gT AT LT
x RG
[a]
TöT
Töv
SöT
Söv
p P[b
ar]
SöäSöuSöAPöTPöPPöäPöu
pZpP
ηi[a
]
PT
Pv
ZT
Zv
ηi1HDηi
MD
[Nm
]
PLTZTTZSTZPTZZT
maxöRMD+RST1PRa
SgvTRminES
EöREZTR°KWnGOT
+Rä1LRa
SWP
R[°K
WnZ
OT]
PT
Pv
ZT
Zv
λ a1Rλ
l[E]
SöTSöPSöäSöuSöA
VentilüberschnittR[°KW]ZT äT vT uT gT AT LT
SpätverstellungRAuslass
λaλl
p mi[b
ar]
SLPSPZPvPg
pmi1LW
pmi1HDpmi
Abbildung 6.11: Auslass-schließt-Variation bei konstantem Einlass-öffnet von −30 °KWnGOTzur weiteren Erhöhung von Spülung und Liefergrad durch die Vergrößerungdes Ventilüberschnitts (AV 180 °KW, Turbinenhalsquerschnitt 7,5 cm2)
176 Anhang
λ l[6]
1706
1707
1708
1709
Auslassöffnungsdauerp[°KW]180 185 190 195 200 205
ΜD
[Nm
]
255
260
265
270
Dru
ckp[ba
r]
1750
1760
1770
1780p3p2
p mi[b
ar]
167517701775187018751970pmiOHD
pmipmiOLW
norm
7pb e
[6]
078607870788078907900791
Auslassöffnungsdauerp[°KW]180 185 190 195 200 205
λ a[6]
17301740175017601770
1250pmin61
Turbinep5O0pcm2
Eöp640p°KWnGOTAsp 40p°KWnGOT
Abbildung 6.12: Einfluss der Auslassöffnungsdauer auf das Low-End-Torque-Verhalten bei1250 min−1 und einem positiven Ventilüberschnitt von 80 °KW (Turbinenhals-querschnitt 5 cm2)
λ l[O]
1606
1607
1608
1609
Auslassöffnungsdauerp[°KW]180 185 190 195 200 205
ΜD
[Nm
]
230232234236238
Dru
ckp[ba
r]162616281630163216341636
p3p2
p mi[b
ar]
15601565166016651760
pmiGHDpmi
pmiGLW
norm
6pb e
[O]
067906800681068206830684
Auslassöffnungsdauerp[°KW]180 185 190 195 200 205
λ a[O]
16301640165016601670
1250pminO1
Turbinep7G5pcm2
EöpO40p°KWnGOTAsp 40p°KWnGOT
Abbildung 6.13: Einfluss der Auslassöffnungsdauer auf das Low-End-Torque-Verhalten bei1250 min−1 und einem positiven Ventilüberschnitt von 80 °KW (Turbinenhals-querschnitt 7,5 cm2)
Anhang 177
λ l[6]
1706
1707
1708
1709
Auslassöffnungsdauerp[°KW]180 185 190 195 200 205
ΜD
[Nm
]
320325330335340345
Dru
ckp[ba
r]
270271272273274275276
p3p2
p mi[b
ar]
21702270237024702570
pmiOHDpmi
pmiOLW
norm
7pb e
[6]
079007920794079607981700
Auslassöffnungsdauerp[°KW]180 185 190 195 200 205
λ a[6]
17401745175017551760
1500pmin61
Turbinep5O0pcm2
Eöp640p°KWnGOTAsp 40p°KWnGOT
Abbildung 6.14: Einfluss der Auslassöffnungsdauer auf das Low-End-Torque-Verhalten bei1500 min−1 und einem positiven Ventilüberschnitt von 80 °KW (Turbinenhals-querschnitt 5 cm2)
p Zyl
.1[b
ar]
100
101
102
Volumen-[cm3]0 100 200 300 400 500 600
180-°KW193-°KW204-°KW
1500-min-1
Abbildung 6.15: Anstieg der Ladungswechselarbeit im pV-Diagramm (oben) bedingt durch dielängere Auslassöffnungsdauer (Turbinenhalsquerschnitt 5 cm2)
178 Anhang
Ven
tilh
uba[m
m]
024681012141618
Kurbelwinkela[°KW]180 270 GOT 450 540
Dru
cka[ba
r]
-3-2-1012345
AöaZyl.3
p2 -ap3 >a0
180a°KW193a°KW204a°KW
p2 p3p2 -ap3
1500amin-1
Abbildung 6.16: Kürzung der Dauer des positiven Spülgefälles im spülenden Ladungswechselbedingt durch den früheren Vorauslass des Zündfolgezylinders mit längererAuslassöffnungsdauer (Turbinenhalsquerschnitt 5 cm2)
-200020040060080010001200
-06050600060506100615062006250630
180T°KW
Ae.A
Ae.red
Ae.E
Flä
cheT
[mm
2 ]
-200020040060080010001200
-200020040060080010001200
Ae.EAe.A
-06050600060506100615062006250630
KurbelwinkelT[°KW]180 270 GOT 450 540
204T°KW
Ae.red
Mas
sens
trom
T[kg
/s]
-06050600060506100615062006250630
Ae.A
Ae.E
193T°KW
mAuslassmEinlass
Ae.red
66
Abbildung 6.17: Zunahme der Rückströmung aus dem Auslasstrakt in den Brennraum wäh-rend des spülenden Ladungswechsels mit steigender Auslassöffnungsdauer(Turbinenhalsquerschnitt 5 cm2)
Anhang 179
E
mSp
ül[m
g]
G2GG4GG6GG8GG
PT
[kW
]
2468OGO2O4O6
p miuL
W[b
ar]
2423222OGO
Ventilüberschnitt5[°KW]4G 5G 6G 7G 8G 9G OGG
MD
[Nm
]
24G26G28G3GG32G34G36G
Ventilüberschnitt5[°KW]4G 5G 6G 7G 8G 9G OGG
p 3öp
4[2]
OEG
OE5
2EG
2E5
Turbine57u55cm2
Turbine555cm2
mL
[kgö
h]
O5G2GG25G3GG35G4GG
O5GG5min2O
Eö524G5°KWnGOT
Abbildung 6.18: Gegenüberstellung zweier Turbinenhalsquerschnitte (7,5 cm2 und 5 cm2) -Auslass-schließt-Verstellung in Richtung spät (Eö konstant bei 40 °KWnGOT)führt zur Steigerung des Luftmassendurchsatzes im spülenden Ladungswechselbei 1500 min−1
180 Anhang
65LLOminD6
AVO68LO°KWTurbineO7M5Ocm2
0.11 0.16 0.27 0.51 1.02
0.04 0.06 0.11 0.25 0.62
0.02 0.02 0.05 0.12 0.35
0.01 0.01 0.02 0.06 0.20
0.01 0.01 0.01 0.03 0.11
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassOöffnetO[°KWnGOT]D5L D4L D3L D2L D6L
xRG [4]
1.38 1.31 1.23 1.14 1.06
1.50 1.42 1.32 1.22 1.11
1.62 1.54 1.43 1.31 1.18
1.73 1.66 1.55 1.41 1.26
1.83 1.77 1.66 1.52 1.36
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassOöffnetO[°KWnGOT]D5L D4L D3L D2L D6L
λa [D]
0.77 0.78 0.79 0.79 0.78
0.79 0.80 0.81 0.82 0.81
0.82 0.84 0.85 0.85 0.84
0.87 0.88 0.89 0.90 0.89
0.93 0.94 0.95 0.95 0.95
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LnormNObe [D]
1.08 1.08 1.08 1.06 1.02
1.08 1.08 1.08 1.07 1.03
1.08 1.09 1.08 1.07 1.04
1.09 1.09 1.09 1.07 1.04
1.10 1.10 1.09 1.07 1.05
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6Lλl [D]
268 269 267 259 243
271 272 268 263 248
270 271 269 264 252
265 266 265 261 251
258 258 257 254 247
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LMD [Nm]
-0.58 -0.58 -0.57 -0.54 -0.49
-0.99 -1.00 -0.98 -0.94 -0.86
-1.54 -1.56 -1.54 -1.49 -1.37
-2.27 -2.29 -2.26 -2.19 -2.02
-3.26 -3.24 -3.19 -3.07 -2.87
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LpmiMLW [bar]
Abbildung 6.19: Steuerzeitenvariation im spülenden Ladungswechsel bei 1500 min−1 mit derAuslassöffnungsdauer von 180 °KW zur Bestimmung des maximalen Drehmo-ments (weißer Punkt)
Anhang 181
65LLGminD6
AVG693G°KWTurbineG7M5Gcm2
0.20 0.29 0.48 0.89 1.81
0.07 0.10 0.20 0.43 1.04
0.03 0.04 0.08 0.20 0.57
0.01 0.02 0.03 0.09 0.30
0.01 0.01 0.02 0.05 0.16
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassGöffnetG[°KWnGOT]D5L D4L D3L D2L D6L
xRG [f]
1.32 1.25 1.18 1.10 1.01
1.43 1.36 1.26 1.16 1.06
1.56 1.47 1.37 1.25 1.12
1.67 1.59 1.48 1.35 1.20
1.77 1.69 1.58 1.45 1.29
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassGöffnetG[°KWnGOT]D5L D4L D3L D2L D6L
λa [D]
0.75 0.77 0.77 0.78 0.77
0.77 0.78 0.79 0.79 0.78
0.79 0.80 0.81 0.81 0.80
0.82 0.83 0.84 0.84 0.84
0.86 0.87 0.88 0.89 0.88
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LnormNGbe [D]
1.07 1.07 1.07 1.05 1.00
1.07 1.08 1.07 1.06 1.02
1.07 1.08 1.08 1.06 1.03
1.08 1.08 1.08 1.07 1.04
1.09 1.09 1.08 1.07 1.04
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6Lλl [D]
266 267 263 253 233
270 271 269 260 242
272 274 272 265 248
269 270 270 265 253
264 265 264 261 252
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LMD [Nm]
-0.21 -0.20 -0.19 -0.18 -0.16
-0.47 -0.47 -0.46 -0.43 -0.39
-0.85 -0.86 -0.85 -0.81 -0.73
-1.35 -1.36 -1.35 -1.31 -1.20
-2.03 -2.02 -2.00 -1.94 -1.80
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LpmiMLW [bar]
Abbildung 6.20: Steuerzeitenvariation im spülenden Ladungswechsel bei 1500 min−1 mit derAuslassöffnungsdauer von 193 °KW zur Bestimmung des maximalen Drehmo-ments (weißer Punkt)
182 Anhang
1566Omin.1
AVO264O°KWTurbineO7o5Ocm2
254 253 245 227 204
261 261 255 240 214
264 265 263 251 228
265 267 266 259 239
261 263 263 259 245
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66MD [Nm]
0.61 0.86 1.42 2.54 3.96
0.23 0.34 0.64 1.37 2.94
0.08 0.12 0.24 0.61 1.71
0.03 0.05 0.09 0.25 0.85
0.02 0.02 0.04 0.11 0.40
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66
EinlassOöffnetO[°KWnGOT].56 .46 .36 .26 .16
xRG [E]
1.20 1.15 1.08 1.01 0.94
1.31 1.24 1.16 1.06 0.97
1.43 1.35 1.25 1.14 1.02
1.54 1.46 1.36 1.24 1.09
1.65 1.56 1.46 1.33 1.18
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66
EinlassOöffnetO[°KWnGOT].56 .46 .36 .26 .16
λa [.]
0.76 0.77 0.78 0.80 0.80
0.76 0.77 0.78 0.78 0.79
0.77 0.78 0.79 0.79 0.78
0.78 0.80 0.81 0.81 0.80
0.82 0.83 0.84 0.84 0.83
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66normpObe [.]
1.05 1.05 1.04 1.00 0.94
1.06 1.06 1.05 1.02 0.96
1.06 1.07 1.06 1.04 0.99
1.06 1.07 1.07 1.05 1.01
1.06 1.07 1.06 1.05 1.03
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66λl [.]
-0.02 -0.01 0.00 0.00 0.00
-0.18 -0.18 -0.17 -0.15 -0.14
-0.43 -0.44 -0.43 -0.40 -0.35
-0.79 -0.80 -0.80 -0.76 -0.68
-1.29 -1.27 -1.27 -1.23 -1.13
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66pmioLW [bar]
Abbildung 6.21: Steuerzeitenvariation im spülenden Ladungswechsel bei 1500 min−1 mit derAuslassöffnungsdauer von 204 °KW zur Bestimmung des maximalen Drehmo-ments (weißer Punkt)
Anhang 183
675LOminD6
AVO68LO°KWTurbineO7M5Ocm2
0.14 0.18 0.28 0.50 0.90
0.05 0.07 0.12 0.25 0.55
0.02 0.03 0.05 0.12 0.32
0.01 0.02 0.03 0.06 0.17
0.01 0.01 0.02 0.03 0.10
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassOöffnetO[°KWnGOT]D5L D4L D3L D2L D6L
xRG [4]
1.34 1.29 1.22 1.14 1.07
1.46 1.39 1.31 1.21 1.12
1.57 1.51 1.42 1.30 1.18
1.68 1.62 1.53 1.41 1.27
1.77 1.73 1.65 1.54 1.38
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassOöffnetO[°KWnGOT]D5L D4L D3L D2L D6L
λa [D]
0.77 0.78 0.79 0.80 0.79
0.80 0.82 0.83 0.83 0.82
0.85 0.88 0.89 0.89 0.87
0.93 0.95 0.97 0.96 0.94
1.09 1.09 1.10 1.09 1.05
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LnormNObe [D]
1.07 1.08 1.08 1.07 1.03
1.08 1.09 1.09 1.07 1.04
1.09 1.10 1.10 1.08 1.05
1.11 1.11 1.11 1.09 1.06
1.14 1.13 1.13 1.11 1.08
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6Lλl [D]
304 309 309 300 286
312 317 317 308 292
319 324 324 316 297
318 321 321 317 304
311 312 313 312 303
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LMD [Nm]
-0.83 -0.86 -0.85 -0.80 -0.73
-1.42 -1.47 -1.46 -1.39 -1.25
-2.29 -2.39 -2.37 -2.25 -2.01
-3.51 -3.62 -3.62 -3.47 -3.12
-5.57 -5.54 -5.49 -5.33 -4.76
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LpmiMLW [bar]
Abbildung 6.22: Steuerzeitenvariation im spülenden Ladungswechsel bei 1750 min−1 mit derAuslassöffnungsdauer von 180 °KW zur Bestimmung des maximalen Drehmo-ments (weißer Punkt)
184 Anhang
675LGminD6
AVG693G°KWTurbineG7M5Gcm2
0.21 0.27 0.41 0.72 1.40
0.08 0.11 0.18 0.36 0.79
0.03 0.04 0.07 0.17 0.45
0.02 0.02 0.03 0.08 0.24
0.01 0.01 0.02 0.04 0.13
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassGöffnetG[°KWnGOT]D5L D4L D3L D2L D6L
xRG [f]
1.29 1.24 1.18 1.11 1.03
1.41 1.34 1.27 1.18 1.08
1.53 1.46 1.37 1.26 1.14
1.64 1.58 1.48 1.36 1.23
1.73 1.68 1.59 1.47 1.32
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassGöffnetG[°KWnGOT]D5L D4L D3L D2L D6L
λa [D]
0.74 0.76 0.77 0.77 0.77
0.76 0.78 0.79 0.79 0.78
0.80 0.82 0.83 0.83 0.81
0.84 0.87 0.88 0.88 0.86
0.91 0.93 0.95 0.95 0.93
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LnormNGbe [D]
1.07 1.08 1.07 1.06 1.02
1.07 1.08 1.08 1.07 1.04
1.08 1.09 1.09 1.07 1.04
1.10 1.10 1.10 1.08 1.05
1.11 1.11 1.11 1.09 1.06
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6Lλl [D]
300 306 304 295 276
308 313 313 303 287
315 322 322 312 292
317 325 326 320 301
316 319 320 318 307
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LMD [Nm]
-0.35 -0.35 -0.33 -0.30 -0.26
-0.72 -0.73 -0.72 -0.67 -0.60
-1.27 -1.32 -1.31 -1.23 -1.08
-2.03 -2.14 -2.15 -2.04 -1.81
-3.12 -3.20 -3.23 -3.13 -2.85
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LpmiMLW [bar]
Abbildung 6.23: Steuerzeitenvariation im spülenden Ladungswechsel bei 1750 min−1 mit derAuslassöffnungsdauer von 193 °KW zur Bestimmung des maximalen Drehmo-ments (weißer Punkt)
Anhang 185
1756Omin.1
AVO264O°KWTurbineO7o5Ocm2
287 292 288 274 248
297 303 299 287 263
303 309 308 297 277
308 316 316 306 284
304 316 318 314 295
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66MD [Nm]
0.50 0.63 0.98 1.78 3.12
0.19 0.25 0.43 0.88 2.02
0.07 0.10 0.17 0.40 1.06
0.03 0.04 0.07 0.17 0.54
0.02 0.02 0.03 0.07 0.25
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66
EinlassOöffnetO[°KWnGOT].56 .46 .36 .26 .16
xRG [E]
1.20 1.16 1.10 1.04 0.97
1.31 1.26 1.18 1.10 1.01
1.42 1.36 1.28 1.17 1.06
1.54 1.48 1.38 1.27 1.13
1.63 1.58 1.49 1.37 1.23
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66
EinlassOöffnetO[°KWnGOT].56 .46 .36 .26 .16
λa [.]
0.73 0.75 0.76 0.77 0.78
0.74 0.76 0.77 0.77 0.77
0.76 0.78 0.79 0.79 0.78
0.80 0.82 0.83 0.83 0.81
0.84 0.87 0.89 0.89 0.86
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66normpObe [.]
1.05 1.06 1.05 1.02 0.97
1.06 1.07 1.07 1.05 1.00
1.07 1.07 1.07 1.06 1.02
1.08 1.08 1.08 1.07 1.03
1.09 1.09 1.09 1.08 1.05
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66λl [.]
-0.09 -0.08 -0.06 -0.03 -0.02
-0.32 -0.33 -0.31 -0.28 -0.23
-0.68 -0.70 -0.68 -0.63 -0.56
-1.20 -1.27 -1.26 -1.16 -1.02
-1.89 -2.03 -2.07 -1.97 -1.72
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
26
36
46
56
66pmioLW [bar]
Abbildung 6.24: Steuerzeitenvariation im spülenden Ladungswechsel bei 1750 min−1 mit derAuslassöffnungsdauer von 204 °KW zur Bestimmung des maximalen Drehmo-ments (weißer Punkt)
186 Anhang
685LOminD6
AVO68LO°KWTurbineO7M5Ocm2
0.14 0.18 0.28 0.49 0.95
0.06 0.07 0.12 0.24 0.55
0.03 0.03 0.05 0.12 0.30
0.02 0.02 0.03 0.06 0.17
0.03 0.02 0.02 0.04 0.11
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassOöffnetO[°KWnGOT]D5L D4L D3L D2L D6L
xRG [4]
1.33 1.28 1.21 1.13 1.06
1.45 1.38 1.30 1.20 1.11
1.56 1.50 1.41 1.29 1.18
1.66 1.61 1.52 1.40 1.26
1.72 1.68 1.62 1.50 1.37
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassOöffnetO[°KWnGOT]D5L D4L D3L D2L D6L
λa [D]
0.78 0.80 0.81 0.81 0.79
0.83 0.85 0.86 0.86 0.83
0.90 0.92 0.94 0.93 0.90
1.02 1.03 1.04 1.03 0.99
1.11 1.12 1.13 1.13 1.13
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LnormNObe [D]
1.07 1.08 1.07 1.06 1.03
1.08 1.09 1.09 1.07 1.04
1.10 1.10 1.10 1.08 1.05
1.12 1.12 1.11 1.10 1.07
1.14 1.14 1.13 1.11 1.09
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6Lλl [D]
325 332 331 319 294
338 344 342 333 309
345 350 350 340 322
342 344 347 340 326
339 336 332 333 332
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LMD [Nm]
-0.99 -1.03 -1.01 -0.94 -0.81
-1.74 -1.80 -1.78 -1.67 -1.45
-2.83 -2.96 -2.96 -2.75 -2.44
-4.53 -4.58 -4.62 -4.35 -3.84
-6.53 -6.46 -6.36 -6.30 -6.14
Aus
lass
Osch
ließt
O[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LpmiMLW [bar]
Abbildung 6.25: Steuerzeitenvariation im spülenden Ladungswechsel bei 1850 min−1 mit derAuslassöffnungsdauer von 180 °KW zur Bestimmung des maximalen Drehmo-ments (weißer Punkt)
Anhang 187
L85p[minML
AV[L93[°KWTurbine[7.5[cm6
0.21 0.27 0.41 0.74 1.46
0.07 0.10 0.17 0.34 0.83
0.03 0.04 0.07 0.16 0.42
0.02 0.02 0.03 0.08 0.22
0.01 0.01 0.02 0.04 0.12
Aus
lass
[sch
ließt
[[°K
WnG
OT]
6p
3p
4p
5p
6p
Einlass[öffnet[[°KWnGOT]M5p M4p M3p M6p MLp
xRG [ö]
1.29 1.24 1.17 1.10 1.02
1.41 1.34 1.26 1.17 1.07
1.52 1.46 1.36 1.26 1.14
1.63 1.57 1.47 1.36 1.22
1.72 1.67 1.58 1.46 1.32
Aus
lass
[sch
ließt
[[°K
WnG
OT]
6p
3p
4p
5p
6p
Einlass[öffnet[[°KWnGOT]M5p M4p M3p M6p MLp
λa [M]
0.75 0.77 0.78 0.77 0.76
0.78 0.80 0.81 0.81 0.78
0.83 0.85 0.86 0.86 0.83
0.88 0.91 0.93 0.93 0.90
0.99 1.01 1.03 1.02 0.99
Aus
lass
[sch
ließt
[[°K
WnG
OT]
6p
3p
4p
5p
6pnormD[be [M]
1.06 1.07 1.07 1.05 1.01
1.08 1.08 1.08 1.06 1.03
1.09 1.09 1.09 1.08 1.04
1.10 1.11 1.10 1.09 1.06
1.12 1.12 1.11 1.10 1.07
Aus
lass
[sch
ließt
[[°K
WnG
OT]
6p
3p
4p
5p
6pλl [M]
318 324 322 305 280
333 340 338 325 295
342 350 350 341 315
343 350 350 348 329
341 342 347 343 332
Aus
lass
[sch
ließt
[[°K
WnG
OT]
6p
3p
4p
5p
6pMD [Nm]
-0.42 -0.42 -0.40 -0.35 -0.30
-0.88 -0.90 -0.88 -0.80 -0.67
-1.58 -1.65 -1.62 -1.52 -1.29
-2.51 -2.67 -2.64 -2.59 -2.24
-3.99 -4.08 -4.16 -4.00 -3.57
Aus
lass
[sch
ließt
[[°K
WnG
OT]
6p
3p
4p
5p
6ppmi.LW [bar]
Abbildung 6.26: Steuerzeitenvariation im spülenden Ladungswechsel bei 1850 min−1 mit derAuslassöffnungsdauer von 193 °KW zur Bestimmung des maximalen Drehmo-ments (weißer Punkt)
188 Anhang
685LGmino6
AVG2L4G°KWTurbineG7%5Gcm2
300 305 296 277 250
316 321 315 295 266
331 338 336 318 283
336 347 348 337 306
333 342 347 343 325
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6LMD [Nm]
0.47 0.62 1.01 1.85 3.19
0.17 0.23 0.40 0.89 2.07
0.06 0.08 0.14 0.35 1.07
0.03 0.03 0.06 0.14 0.46
0.02 0.02 0.03 0.06 0.20
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassGöffnetG[°KWnGOT]o5L o4L o3L o2L o6L
xRG [N]
1.20 1.16 1.09 1.03 0.96
1.32 1.26 1.18 1.09 0.99
1.44 1.37 1.28 1.17 1.05
1.55 1.49 1.39 1.27 1.14
1.64 1.58 1.50 1.38 1.24
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6L
EinlassGöffnetG[°KWnGOT]o5L o4L o3L o2L o6L
λa [o]
0.73 0.75 0.76 0.76 0.76
0.75 0.76 0.77 0.77 0.76
0.79 0.81 0.81 0.80 0.78
0.83 0.86 0.88 0.87 0.83
0.88 0.92 0.95 0.95 0.90
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6Lnorm.Gbe [o]
1.04 1.05 1.04 1.01 0.96
1.06 1.06 1.06 1.04 0.99
1.07 1.08 1.07 1.06 1.01
1.08 1.09 1.09 1.07 1.03
1.09 1.10 1.10 1.08 1.05
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6Lλl [o]
-0.12 -0.11 -0.09 -0.07 -0.05
-0.40 -0.40 -0.37 -0.32 -0.27
-0.87 -0.89 -0.85 -0.76 -0.61
-1.52 -1.64 -1.63 -1.48 -1.21
-2.40 -2.58 -2.71 -2.57 -2.19
Aus
lass
Gsch
ließt
G[°K
WnG
OT]
2L
3L
4L
5L
6Lpmi%LW [bar]
Abbildung 6.27: Steuerzeitenvariation im spülenden Ladungswechsel bei 1850 min−1 mit derAuslassöffnungsdauer von 204 °KW zur Bestimmung des maximalen Drehmo-ments (weißer Punkt)
Anhang 189
XR
G[L
]
365
460
465
560SW
P2[°K
WnZ
OT]
1214161820
Überströmquerschnitt2[mm]0 10 20 30 40
p milL
W[b
ar]
.360
.265
.260
.165
55002min.1
Pe =21752kW
rel62
b el2p 3
[L]
.15
.10
.505
Überströmquerschnitt2[mm]0 10 20 30 40
p3be
Abbildung 6.28: Verbrauchspotential einer schaltbaren Flutentrennung (Stoß-/Stauumschaltung)im Nennleistungspunkt bei 5500 min−1 und konstanter Leistung (AV 207 °KW,Turbinenhalsquerschnitt 7,8 cm2)
p Zyl
.1[b
ar]
100
101
102
Volumeni[cm3]0 100 200 300 400 500 600
180i°KW193i°KW204i°KW
1750imin-1
Abbildung 6.29: Identische Verläufe der Ladungswechselarbeit im pV-Diagramm bedingt durchdie zunehmende Spätverstellung der Auslass-schließt-Steuerzeit mit längererAuslassöffnungsdauer zur Erhöhung der Turbinenleisung bei 1750 min−1 (Eö−30 °KWnGOT, Turbinenhalsquerschnitt 7,5 cm2
190 Anhang
h t7Z
yl-8
[kJS
kg]
7PP75P8PP85P9PP95P8PPP8P5P
ht7Aöht7UT
h t7v
T[k
JSkg
]
82P84P86P88P2PP22P
AsV[°KW nGOT]P 2P 4P 6P
Ven
tilh
ubV[m
m]
P
5
8P
85
2PAsV PV°KWnGOTAsV2PV°KWnGOTAsV4PV°KWnGOTAsV6PV°KWnGOT
p 3[b
ar]
P82345
KurbelwinkelV[°KW]9P UT 27P GOT 45P
p Zyl
-Vl[b
ar]
P
5
8P
85
2P875PVmin58
∫ ASP
Abbildung 6.30: Anstieg des Zylinderdrucks aufgrund der Verdichtung der Ladung nach dem UT(Rekompression), die daraus folgende Zunahme der spezifischen technischenArbeitsfähigkeit beim Auslass-öffnet-Zeitpunkt und das entsprechende höhereAngebot vor Turbine (AV 193 °KW, Turbinenhalsquerschnitt 7,5 cm2)
Anhang 191
∫
.
.
.
Ht,vT
dta[kJ
]
0.00.51.01.52.0
Zeita[s]0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Ht,vT
[kW
]
020406080
100
h t,v
T[k
J/kg
]
0100200300400500
mA
bgas
,vT
[kg/
s]
0.000.050.100.150.200.25
1750amin-1
Asa40°KWnGOT
Abbildung 6.31: Technische spezifische Arbeitsfähigkeit, Massenstrom, technischer Arbeitsfä-higkeitsstrom, Integral des technischen Arbeitsfähigkeitsstroms vor der Turbinezum Verständnis der Berechnungsschritte der technischen Arbeitsfähigkeit inForm einer Leistung (AV 180 °KW, Turbinenhalsquerschnitt 7,5 cm2)
192 Anhang
Dru
ck/[ba
r]
-1.0-0.50.00.51.01.52.02.5
t=092s
Ven
tilh
ub/[m
m]
036912
t=094s
p2 p3p2 -/p3
Dru
ck/[ba
r]
-1.0-0.50.00.51.01.52.02.5
t=096s
Mas
sens
trom
/[kg
/s]
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
Kurbelwinkel/[°KW]180 270 360 450 540
Ven
tilh
ub/[m
m]
036912
t=1s
1750/min-1
Kurbelwinkel/[°KW]180 270 360 450 540
Mas
sens
trom
/[kg
/s]
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20mAuslassmEinlass
.
.
Abbildung 6.32: Momentaufnahmen der Druck- und Massenstromdynamik einer Lastaufschal-tung bei 1750 min−1 (max. KLIP) zeigen nach t = 0,4s einen positiven Ven-tilüberschnitt und ein positives Druckgefälle zur aktiven Spülung des Brenn-raums, das im weiteren Verlauf der Lastaufschaltung wieter ausgebaut wird (AV180 °KW, Turbinenhalsquerschnitt 7,5 cm2)
Anhang 193
x RG
[O]
380480580680780
p mi6L
W[b
ar]
73807285728071857180
4000hmin71
pme =h22hbar
nom
8hb e
[7]
089
180
181
182
Auslasshschließth[°KWnGOT]0 5 10 15 20
ηi[O
]
20222426283032
Auslasshschließth[°KWnGOT]0 5 10 15 20
ηi6HD ηi
193h°KW210h°KW226h°KW
Abbildung 6.33: Verbrauchspotential durch Optimierung der Steuerzeiten für drei verschiedeneAuslassventilhübe bei 4000 min−1 (Turbinenhalsquerschnitt 5 cm2)
x RG
[O]
3.5
4.5
5.5
6.5
p mi4L
W[b
ar]
84.584.083.583.082.582.0
5500hmin81
pme =h19hbar
nom
.hb e
[8]
1.0
1.1
1.2
1.3
Auslasshschließth[°KWnGOT]0 5 10 15 20
ηi[O
]
222426283032
Auslasshschließth[°KWnGOT]0 5 10 15 20
ηi4HD ηi
193h°KW210h°KW226h°KW
Abbildung 6.34: Verbrauchspotential durch Optimierung der Steuerzeiten für drei verschiedeneAuslassventilhübe bei 5500 min−1 (Turbinenhalsquerschnitt 5 cm2)
194 Anhang
Monovolute Teilflutentrennung
33.1 18.6 8.0 5.1 5.5 8.4
25.2 9.3 3.7 1.6 2.4 5.0
8.1 2.9 0.6 -0.1 1.0 3.3
1.1 0.0 -0.8 -0.3 1.3 3.5
1.5A
V5s
chlie
ßt5[°K
WnG
OT]
330
325
320
315
310
35
0rel.5be [=]
32.1 15.2 3.7 -0.5 -1.5 -0.4
20.8 6.0 0.0 -3.1 -4.0 -3.1
5.3 -0.1 -3.0 -4.2 -4.3 -3.2
-1.9 -1.2 -3.4 -3.7 -3.0 -1.7
1.5A
V5s
chlie
ßt5[°K
WnG
OT]
330
325
320
315
310
35
0rel.5be [=]
55005min31 pme =5195bar
35.4 28.0 12.1 4.7 3.2 5.3
28.8 15.5 5.6 1.3 0.5 1.8
12.5 4.8 0.5 -1.1 -1.2 0.7
1.9 -0.0 1.9 -1.7 -1.2 1.5
1.5A
V5s
chlie
ßt5[°K
WnG
OT]
330
325
320
315
310
35
0
2.5AV5schließt5[°KWnGOT]35 0 5 10 15 20
rel.5be [=]
35.8 27.6 9.1 -0.4 -3.7 -3.5
28.4 14.6 2.3 -3.1 -5.3 -5.4
12.2 2.2 -2.6 -5.0 -5.7 -5.0
-1.3 -1.3 -4.5 -4.5 -4.7 -3.6
1.5A
V5s
chlie
ßt5[°K
WnG
OT]
330
325
320
315
310
35
0
2.5AV5schließt5[°KWnGOT]35 0 5 10 15 20
rel.5be [=]
60005min31 pme =517455bar
8.3 5.5 5.0 6.0 9.0
3.5 2.1 1.5 2.6 4.8
0.8 -0.0 0.1 0.8 2.3
1.2 1.0 1.0 1.7 3.0
1.5A
V5s
chlie
ßt5[°K
WnG
OT]
320
315
310
35
0
5
10
2.5AV5schließt5[°KWnGOT]35 0 5 10 15
rel.5be [=]
5.5 2.3 0.7 1.8 4.1
1.4 -0.5 -1.5 -1.0 0.3
-1.5 -2.0 -2.0 -1.3 0.3
-1.5 -1.2 -0.9 -0.2 1.3
1.5A
V5s
chlie
ßt5[°K
WnG
OT]
320
315
310
35
0
5
10
2.5AV5schließt5[°KWnGOT]35 0 5 10 15
rel.5be [=]
40005min31 pme =5225bar
Abbildung 6.35: Drehzahlabhängigkeit des Verbrauchspotentials durch eine Flutentrennung inder Volute von 90 mm beim Auslasssystem mit versetzten Phasen
Anhang 195
.
Ven
tilh
ubA[m
m]
0
3
6
9
12
KurbelwinkelA[°KW]90 180 270 GOT 450
ΣA
e,A*1
00A[m
m2 ]
0
2
4
6
8
10
12
ΣA
e,A*1
000A
[mm
2 ]
0
20
40
60
80
100
120
193max.AHub °KW193A°KW214A°KW226A°KW
∫
Abbildung 6.36: Vergleich der Integrale der effektiven Strömungsquerschnitte unterschiedlicherAuslassventilhübe
196 Anhang
Fc[N
]
-110-105-100-95-90
Kurbelwinkel=[°KW]0 90 180 270 360 450 540 630 720
c D[-]
0.00
0.05
0.10
0.15t2=2,5=s=t1=2,0=s
t4=3,5=s=t3=3,0=s
Mp3
,WG
[Nm
]
2.0
4.0
6.0
8.0
FA
bgas
[N]
100
200
300
4001750=min-1
Abbildung 6.37: Wirkende Abgasdruckkräfte auf die Wastegate-Klappe sowie daraus resul-tierende Verläufe im Schwingverhalten während einer Lastaufschaltung bei1750 min−1