Untersuchung eines Ejektorkreislaufs zur Ladeluftkühlung im stationären und transienten Betrieb

Forschungsberichte aus dem Institut für Kolbenmaschinen, Bd. 04/2026

Tobias Beran

ISBN 978-3-8325-6133-8
266 Seiten, Erscheinungsjahr: 2026
Preis: 57.00 €

Dieser Band der Schriftenreihe untersucht einen Ejektor-Kältekreislauf zur Tieftemperatur-Ladeluftkühlung eines Otto-Motors. Die fortschreitende Aufladung moderner Motoren zur Wirkungsgradsteigerung erhöht die Ladelufttemperaturen und damit die Gefahr von Verbrennungsanomalien und thermischer Überbeanspruchung. Konventionelle Ladeluftkühlsysteme sind durch die Umgebungstemperatur begrenzt und stoßen insbesondere bei hohen Lasten und transienten Betriebszuständen an ihre Grenzen. Der untersuchte Ejektor-Kältekreislauf nutzt die in der Ladeluft enthaltene Enthalpie zur integrierten Ladeluft- und Tieftemperatur-Ladeluftkühlung, mit dem Ziel einer Verschiebung der Grenzen der Aufladung. Zur Untersuchung wird der Kreislauf simuliert und auf verschiedenen Prüfständen bis hin zur Validierung im Fahrzeug experimentell bewertet. Für eine umfassende Potentialabschätzung wird das System über den gesamten Betriebsbereich eines Mercedes M 256 Motor stationär untersucht und mittels Volllastbeschleunigungen erstmals das transiente Verhalten des Kreislaufs erfasst. Dabei zeigt sich, dass mit dem vorgeschlagenen Konzept grundsätzlich eine Tieftemperatur-Ladeluftkühlung unterhalb der Umgebungstemperatur realisierbar ist. Als wesentliche Einflussgrößen werden die thermischen Randbedingungen des Hochtemperatur-Verdampfers sowie die im Ejektor verfügbare Expansionsdruckdifferenz identifiziert. Mit den ausgelegten Komponenten kann das Potential experimentell jedoch nicht vollständig erreicht werden, da insbesondere bei niedrigen und mittleren Motorlasten die erforderlichen Druckverhältnisse für einen effizienten Ejektorbetrieb ausbleiben. Im transienten Betrieb kann eine durchgängige Ladeluftkühlung nachgewiesen werden, deren Dynamik maßgeblich durch die thermische Trägheit der Komponenten bestimmt wird.