Die Entwicklung eines passenden Aufladesystems für einen Verbrennungsmotor ist eine große Herausforderung. Zielstellung ist hierbei meist, die Leistungsfähigkeit des Vorgängermodells zu übertreffen mit gleichzeitiger Erfüllung strengerer Abgasgrenzwerte. Hinzu kommt die Forderung nach einer hohen Regelgüte des Gesamtsystems im Fahrbetrieb. Einstufige Aufladesysteme sind oft nicht mehr ausreichend. Im Gegensatz zum Ottomotor fällt beim Dieselmotor, aufgrund niedrigerer Abgastemperatur und geringerer Sensibilität auf den Restgasgehalt, die Wahl klar auf eine 2-stufig geregelte Abgasturboaufladung. Die Auslegung und Erprobung moderner Aufladesysteme ist aufgrund ihrer Komplexität mit einem immer höheren Aufwand verbunden. Dies beginnt mit rein theoretischen Vorüberlegungen und endet bei der endgültigen Erprobung des Gesamtsystems im Fahrzeug. Um diesen Prozess möglichst effizient zu gestalten, ist nicht nur eine parallele Nutzung verschiedenster Entwicklungsmethoden erforderlich, sondern der Schlüssel liegt in deren enger Verknüpfung. Ausgehend vom thermodynamischen Verhalten des Grundmotors kann schon in einem frühen Stadium ein 1D-Simulationsmodell erstellt werden. Nach der Vorauswahl der Aufladegruppe durch theoretische Konzeptstudien wird diese durch die 1D-Simulation in Hinblick auf Wechselwirkung mit dem Grundmotor angepasst. Die Messdatenerfassung der gesamten Aufladegruppe wird am alternativen Heißgasprüfstand durchgeführt. Die konstruktive Umsetzung der Aufladegruppe in einem CAD-System liefert neben den entsprechenden Daten für die spätere Fertigung auch die Grundlage für eine 3D-CFD-Simulation. Detaillierte Untersuchungen können durch direkte Kopplung von 1D- und 3D-Berechnung vorgenommen werden. Aus den gewonnenen Ergebnissen kann sofort eine Rückkopplung auf die Konstruktion erfolgen. Erst jetzt beginnt letztendlich die Fertigung der ersten Aufladegruppe, um sie anschließend am Basistriebwerk zu testen. Parallel zur Erprobung am hochdynamischen Motorenprüfstand werden die notwendigen Reglerstrukturen entwickelt. Auch hier bietet es sich an, die Entwicklung schon auf Softwareebene durch Kopplung mit dem 1D-Prozeßmodell vorzunehmen. Dies erweitert die Untersuchungsmöglichkeiten um ein Vielfaches, da auch Betriebszustände abgebildet werden können, die am Versuchsträger nur schwierig bzw. überhaupt nicht angefahren werden können. Hierdurch wird eine geschlossene Kette aller Entwicklungswerkzeuge geschaffen, die die Effizienz des gesamten Entwicklungsprozesses optimiert. In diesem Beitrag wird ein solch verketteter Entwicklungsprozess am Beispiel einer 2-stufig geregelten Abgasturboaufladung für einen Dieselmotor aufgezeigt.

    Any development of appropriate charging systems for internal combustion engines means an enormous challenge. For the most part, exceeding the performance of the previous engine model and attaining increased emission regulations are the main targets. The requirements for a high quality of control during driving operation also have an impact. Therefore, single-stage charging systems are often insufficient. Unlike spark ignition engines diesel engines are predestined for regulated two-stage turbocharging due to lower exhaust gas temperature and less sensitivity to residual gas. As a result of their complexity dimensioning and testing of modern charging systems require extraordinary efforts. This process starts with theoretical preliminary considerations and ends with the final test of the vehicle equipped with the complete charging system. For configuring that process as efficient as possible not only different methods of development and simultaneous engineering are required, but their tight combination is ultimately the key. A 1D simulation model can already be created in an early state of the development process based on the thermodynamic behaviour of the basic engine. Having preselected the charging system by theoretical concept studies the interaction with the basic engine is matched by using 1D simulation. The measurement data are acquired on an alternative hot gas test bench. The computer- aided design of the charging system provides both the data for a future production and the basis for a 3D CFD simulation. In-depth analysis can be obtained by direct coupling of the 1d- and 3d-simulation. By now, the attained results can be utilized to affect the design engineering. It is only now that the prototype charging system is manufactured followed by tests on the basic engine. Necessary control structures are developed parallel to tests on a highly dynamic engine test stand. Also in this case it is important to support the development by using a 1D simulation model. That means a multiple of possibilities for investigation, for operating conditions can be realized that are difficult or impossible to be tested on the experimental system. Through this a closed loop of all development tools is achieved, which leads to an optimized efficiency of the whole development process. This article uses the example of a regulated two-stage turbocharging on a diesel engine to present such an interlinked process of development.


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    Title :

    Mit neuen Methoden zum richtigen Aufladesystem


    Additional title:

    New methods for proper boosting systems


    Contributors:
    Zellbeck, Hans (author) / Roß, Tilo (author) / Guhr, Carsten (author)


    Publication date :

    2008


    Size :

    17 Seiten, 16 Bilder, 1 Tabelle, 10 Quellen




    Type of media :

    Conference paper


    Type of material :

    Storage medium


    Language :

    German




    Mit neuen Methoden zum richtigen Aufladesystem

    Zellbeck,H. / Ross,T. / Guhr,C. et al. | Automotive engineering | 2008


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