Turbolader steigern die Motorleistung und die Effizienz von Motoren
erheblich.
An der Universität Stuttgart wurde ein Verfahren entwickelt, um Turbolader
insbesondere für Benzinmotoren besser regelbar zu machen.
Das neuartige MEDUSA-Prinzip eignet sich zur Aufladung von Diesel- und
Ottomotoren und ist als günstige und mechanisch robuste Alternative zu
herkömmlichen Verfahren hochinteressant für Automobilhersteller.
Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH ist im Auftrag der Universität
Stuttgart mit der wirtschaftlichen Umsetzung der Erfindung beauftragt und
sucht Partner aus der Industrie für die Markteinführung.
Turbolader steigern die Motorleistung und die Effizienz von Motoren
erheblich. Für Verbrennungsmotoren existieren derzeit verschiedene
Regelorgane mit unterschiedlichen Funktionsweisen und Einschränkungen. An
der Universität Stuttgart wurde ein Verfahren entwickelt, um Turbolader
insbesondere für Benzinmotoren besser regelbar zu machen. Das neuartige
MEDUSA-Prinzip eignet sich zur Aufladung von Diesel- und Ottomotoren und
ist als günstige und mechanisch robuste Alternative zu herkömmlichen
Verfahren hochinteressant für Automobilhersteller. Gerade im Bereich des
Downsizings von Benzinmotoren und den damit einhergehenden höheren
Motor¬austritts¬temperaturen eignet sich das neuartige MEDUSA-Prinzip
ideal.
Die bisherigen Lösungsansätze für die Anströmung eines Turbolader-
Turbinenrades haben als gemeinsames Merkmal die Sammlung der Abgase der
einzelnen Zylinder in einem Krümmer und die anschließende Zuleitung
mittels eines Spiralgehäuses auf den Rotor. Bei niedrigen Motordrehzahlen
und –lasten werden die besten Aufladungsergebnisse derzeit mit dem VTG-
Regelorgan (Variable Turbinengeometrie ) erzielt. Dabei ermöglichen im
Turbinengehäuse integrierte verstellbare Leitschaufeln eine optimale
Ladedruckregelung und Anströmung des Laufrades über den gesamten
Betriebsbereich. Diese Leitschaufeln sind materialbeding in der Regel
nicht für hohe Temperaturen geeignet, so dass die Methode gerade für
moderne Downsizing-Benzinmotoren nicht in Frage kommt. Daher werden für
diese Motoren sog. Waste-Gate-Turbolader verwendet, die quasi ungeregelt
sind und nur bei Betriebspunkten mit höherer Leistung einen Teil des
Motormassenstroms um die Turbine umleiten.
Genau hier setzt das Medusa-System an, das am Institut für Thermische
Strömungsmaschinen und Maschinenlaboratorium (ITSM) unter der Leitung von
Prof. Damian Vogt entwickelt und erprobt wird: Die Regelung findet nämlich
nicht über Leitschaufeln statt, sondern über Strömungskanäle, die in Düsen
münden. Diese Ventile können zu- oder abgeschaltet werden und sorgen
daher– anders als bei aktuellen Wastegate-Ladern – für ein verbessertes
Ansprechverhalten und eine höhere Dynamik im Teillastbereich.
Die Grundidee des MEDUSA (Multiple Exhaust Duct with Source Adjustment)
Steuerungskonzeptes besteht darin, den Turbineneinlass in mehrere Sektoren
entlang des Umfangs zu unterteilen und die Einströmung der verschiedenen
Sektoren mittels Ventilen individuell zu steuern. Dieser Teilzugangsansatz
funktioniert ähnlich wie ein VTG-Steuerungssystem und ermöglicht es, den
Turbineneinlassdruck bei niedrigen Triebwerksmassenströmen zu erhöhen,
indem Turbineneinlasssegmente geschlossen und damit die effektive
Strömungsfläche begrenzt werden. Dadurch kann eine höhere
Turboladerleistung bei niedrigen Motorlastbedingungen erreicht werden,
wodurch das Gasannahmeverhalten deutlich verbessert wird. Andererseits
wird die Schluckfähigkeit der Turbine bei Volllast gegenüber herkömmlichen
Wastegate-Turboladern erhöht, so dass das Turbinenrad kleiner ausgelegt
werden kann, was zusätzlich zu einer geringeren Trägheit und damit zu
einer Reduzierung des sogenannten Turbolochs führt.
Die verwendete mechanische Regeleinheit ist sehr robust, insbesondere bei
hohen Abgastemperaturen, da die verwendeten Ventile nicht im
Turbinengehäuse integriert sind, sondern extern angebracht werden. Genau
diese Eigenschaft macht den MEDUSA-Lader so interessant für
Verbrennungsmotoren, vor allem im Hinblick auf sparsame Downsizing-
Aggregate und auch für Kleinmotoren oder Range Extender im Bereich der
Elektromobilität. Aktuelle Tests am Motorprüfstand haben gezeigt, dass
die Methode tatsächlich funktioniert. Auch liegen mittlerweile konkrete
Leistungsdaten vor.
Patente für den MEDUSA-Lader wurden in Europa unter der Nummer EP 2 647
808sowie in USA (US 9,267,418), Japan und China erteilt. Die Technologie-
Lizenz-Büro (TLB) GmbH ist im Auftrag der Universität Stuttgart mit der
wirtschaftlichen Umsetzung der Erfindung beauftragt und sucht Partner aus
der Industrie für die Markteinführung. Die TLB GmbH bietet Unternehmen
Möglichkeiten zur Lizenzierung der patentierten Technologie oder u.U. des
Kaufs der Schutzrechte.
