Zur Einhaltung immer strengerer Emissions- und Verbrauchskennwerte für die Zulassung neuer Nutzfahrzeuge wird in dieser Arbeit das Verfahren der Turboverbundaufladung bei Verbrennungsmotoren erläutert. Dabei handelt es sich um eine intelligente Kombination einer zweistufigen Abgasturboaufladung mit dem Turbocompoundverfahren. In Motorprozesssimulationen kann der positive Einfluss auf den Verbrauch sowie auf zu erwartende Emissionen ermittelt werden. Als Kernelement dieses innovativen Aufladesystems ist eine schalt- / regelbare hydrodynamische Kupplung vorgesehen. Diese muss sowohl die Leistung übertragen, Drehschwingungen der Kurbelwelle wirkungsvoll dämpfen und eine Drehzahlanpassung von Turbine und Verdichter ermöglichen. In dieser Arbeit werden drei wesentliche Aspekte dieser Technologie untersucht. Erstens werden Methoden zur Auslegung des Gesamtsystems insbesondere zur Abbildung der hydrodynamischen Kupplung und der Getriebeverluste in Simulationen entwickelt. Zweitens wird eine Kupplung mit vier verschiedenen Profilgestaltungen untersucht und hinsichtlich ihrer Übertragungsfähigkeit bewertet. Diese Ergebnisse bilden die Basis für eine Präzisierung der Simulationsmodelle. Drittens werden die genannten Kupplungen hinsichtlich ihrer Sehaltgeschwindigkeiten untersucht und dafür eine Methode zu Charakterisierung der Schaltzeiten entwickelt. Auf Basis umfangreicher Messungen wurde empirisch ein Zusammenhang der Ausschaltzeiten von Kupplungsdrehzahl und Schlupf hergeleitet. Dieser bildet die Grundlage für eine Transfermethode statisch gemessener Schaltzeiten für die Betrachtung dynamischer Vorgänge im Gesamtsystem. Abschließend wird noch eine Steuerstrategie entwickelt, in der beschrieben wird, wie aus Motorbetriebsgrößen ein optimales Schalt-/ Regelverhalten der Kupplung ermöglicht wird. Diese dynamischen Kupplungsuntersuchungen bilden die Basis zur späteren Optimierung des transienten Verhaltens des gesamten Motors. Dies wird besonders in der Zukunft einen hohen Stellenwert einnehmen, da zur Bestimmung der Verbrauchs- und Emissionsgrenzwerte transiente Testzyklen einen wesentlichen Bestandteil darstellen.

    To meet new targets regarding emission and fuel consumption of commercial vehicles, the method of turbocompound-charging is described in this thesis. This is the intelligent combination of two-stage turbocharging and turbocompounding to optimise an internal combustion engine. Positive impact on emission and fuel consumption is shown in engine performance simulations. The core element of this innovative charging system is a switch / controllable hydrodynamic coupling. This coupling has to transfer power from the turbine to the crankshaft, dampen torsional vibrations from the crankshaft and to adapt the rotational speed of the turbine and the compressor. Three key aspects of this technology are investigated in this thesis. Firstly, methods will be developed for matching the complete system to the engine, mainly the description of a simulation model of the hydrodynamic coupling and the gear losses. Secondly, four different coupling profiles will be developed and characterised by their transmission performance. These results are used to render more precisely the simulation model. Thirdly, the dynamic response time of these coupling-profiles is investigated and a method to characterise the response time is developed. Based on a large number of measurements, an empirical correlation between the response time, the rotational speed and the coupling slip is derived. This represents the basis for a method to transfer static measured response time into dynamical examinations of the complete system. At the end, a control strategy is developed where engine parameters are used to optimise the switch / control behaviour of the coupling. The described dynamical coupling investigations are the foundation to improve the transient behaviour of the engine. This will become more important in the future due to new regulations of emission and fuel consumption in transient test cycles for commercial vehicles.


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    Title :

    Entwicklung eines Getriebes mit hydrodynamischer Kupplung für Turboverbundaufladesysteme


    Contributors:

    Publication date :

    2013


    Size :

    118 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen


    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German




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